我們都不想手邊裝著鋰離子電池的手機(jī)或筆電某天猝不及防自爆，最近，美軍科學(xué)家和馬里蘭大學(xué)團(tuán)隊(duì)首次對外掛保證說，他們已經(jīng)制造出一種以鹽水為電解液、電壓可達(dá)4V 的鋰離子電池，絕對同時擁有高能量和高安全性，潛伏在手機(jī)或筆電的爆炸風(fēng)險有望在5 年內(nèi)解決。

在過去，想使用能量密度高的鋰離子電池，就須選擇以有機(jī)溶劑當(dāng)電解液的類型，跟“不安全”妥協(xié)；或是退而求其次，使用有防火特性、但不活躍的水溶液電解液（如以鎳或其他金屬氫化物為電解質(zhì)），安全但能量密度較低?，F(xiàn)在，美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室（US Army Research Laboratory，縮寫ARL）與馬里蘭大學(xué)團(tuán)隊(duì)再次合作，繼2015 年于《科學(xué)》期刊發(fā)表一款電壓可達(dá)3V 的水溶液鋰電池后，再度將該電池的性能提升到新境界。

當(dāng)年研究礙于電池電壓無法達(dá)到智慧型手機(jī)的規(guī)格（只能提供3V 電壓，但智慧型手機(jī)需要4V），且鹽水電解液在使用過程中不斷腐蝕電極而宣布作罷，團(tuán)隊(duì)在當(dāng)時將其稱為“陰極挑戰(zhàn)”（cathodic challenge）。

經(jīng)過2 年修正，馬里蘭州大學(xué)助理研究科學(xué)家楊崇英（Chongyin Yang）這次設(shè)計出一種可保護(hù)陽極（石墨或鋰金屬）的凝膠聚合物，終于讓水溶液鋰電池的性能從3V 飛躍到4V。馬里蘭大學(xué)化學(xué)與生物分子工程教授王春生（Chunsheng Wang）教授說，“這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵就在于制造出可以阻止水和電極產(chǎn)生降解反應(yīng)的物質(zhì)?！?/p>

研究人員將這種新開發(fā)的凝膠聚合物涂復(fù)在陽極上，隔離靠近電極表面的水分子，且當(dāng)電池第一次充電時，它會分解并形成一個永久隔離水分子的界面，將陽極與電解液永遠(yuǎn)分開，保護(hù)陽極不受任何副作用損害。

水溶液電解質(zhì)比有機(jī)溶劑安全，不過若電池外觀損壞，仍有引起火災(zāi)和爆炸的風(fēng)險，而該電池最獨(dú)特之處，在于爆炸風(fēng)險降至最低，就算將電池外殼刺穿，凝膠隔離層依然能防止鋰和電解液反應(yīng)，進(jìn)而避免發(fā)生爆炸事故。團(tuán)隊(duì)也在以下影片實(shí)驗(yàn)，就算拿釘子穿破外殼，電壓也沒有發(fā)生劇烈變化。

不過，水溶液電解質(zhì)并非完全沒有缺點(diǎn)，它的充放循環(huán)次數(shù)相當(dāng)?shù)?，僅70 多次，就算是新開發(fā)的水溶液鋰電池也只有50~100 次。研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，至少要將電池的壽命提升至充放循環(huán)500 次，才能在市場上與有機(jī)溶劑鋰電池一爭高下。軍方電化學(xué)和材料科學(xué)專家Kang Xu 表示，如果資金充足，大約5 年內(nèi)可以準(zhǔn)備商業(yè)化。

許多科學(xué)家都認(rèn)為，我們隨身攜帶的行動裝置若可以改用水溶液電池會更安全，如今開發(fā)成功的水溶液鋰電池也開啟了電化學(xué)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，包括鈉離子電池、鋰硫電池等，甚至對科學(xué)家尚未深入研究的電鍍技術(shù)和電化學(xué)合成也有幫助。這項(xiàng)研究已發(fā)表在《Joule》雜志。