令人印象深刻的容量和延長的壽命

李雨蒙

目前，鋰離子儲能技術因為其技術的成熟度占據了大部分的市場，但由于內部揮發性材料所導致的安全隱憂，使它在大規模電網儲能應用時受到了限制。最近，由皇家墨爾本理工大學（RMIT）領導的國際研究團隊開發了一款可回收的“水電池”，它不會著火或爆炸。

首席研究員Tianyi?Ma教授表示，在水儲能設備這個新興領域中他們的電池技術已經處于前沿水平。這項技術的突破在于顯著地提高了電池的性能和壽命。“我們所設計和制造的被稱為水性金屬離子電池——或者我們可以稱它們為水電池。”?Ma教授介紹。

研究人員利用水替代了有機電解質，這使電流能夠在正極和負極之間流動，也意味著他們的電池無法起火或是爆炸，這與鋰離子電池不同。

研究人員表示：“為解決全球消費者、行業和政府所面對目前儲能技術的報廢處置挑戰，我們的電池可以被安全地拆卸，材料可以重復使用或回收。”水電池制造過程的簡易能夠使大規模生產成為可能。“我們使用了如鎂和鋅這樣性質豐富的材料，并且價格低廉，毒性低于其他類型電池使用的材料。這有助于降低制造成本，也降低了對人類健康和環境的威脅。”

能量存儲和生命周期的潛力是什么？

研究團隊為許多同行評審研究制作了一系列小規模試驗電池，以應對各樣的技術挑戰，包括提高儲能能力與壽命。

發表在《高級材料》雜志中的最新研究顯示，研究人員完成了一項重大挑戰——破壞性樹突的生長，這些樹突是尖銳的金屬結構，會導致短路以及其他的嚴重故障。研究人員在受影響的電池部件上涂上一種名為鉍及其氧化物（也稱為鐵銹）的金屬，作為防止樹突形成的保護層。結果呢？

“目前，我們的電池使用壽命明顯更長——可與市場上的商用鋰離子電池相媲美，使它們成為現實中高速和密集使用的理想選擇。憑借出色的容量以及更長的使用壽命，我們不僅提升了電池技術，還成功地將我們的設計與太陽能電池板相融合，展現了高效和穩定的可再生能源存儲能力。”

現在，研究團隊的水電池正在縮小與鋰離子技術在能量密度方面的差距，目的在于盡可能地減少使用單位功率內的空間。“我們最近制造了一種鎂離子水電池，其能量密度為每公斤75瓦時（Wh?kg-1）——達到了特斯拉汽車最新電池的30%。”

這項研究同時發表在《Small?Structures》雜志中。“下一步研究是通過開發新的納米材料作為電極材料，提高我們水電池的能量密度。”Ma教授介紹說。“鎂元素或許是未來水電池的首選材料。鎂離子水電池有可能在短期內（一到三年）替代鉛酸電池，也有可能在5到10年的長期內替代鋰離子電池。鎂元素相比（包括鋅和鎳在內）其他金屬更輕，具有更大的潛在能量密度，這令電池具備更快的充電時間以及更好的性能支撐耗電的設備和應用。”

研究團隊表示他們的電池非常適合大規模應用，對于電網存儲和可再生能源集成是十分理想的選擇，尤其對于安全方面的考慮。“隨著我們技術的進步，其他類型的小規模儲能應用，比如為家庭和娛樂設備供電，也有可能成為現實。”

研究團隊正在與悉尼的科技創新公司?GrapheneX合作，持續開發他們的水電池。“我們還與來自澳大利亞、美國、英國、中國等全球許多著名大學和研究機構的專家密切合作。這些合作促進了我們之間的知識交流以及尖端設備的運用。通過利用全球團隊在不同領域的專業知識，我們可以解決來自不同角度的復雜挑戰。”

編譯自《Scitech》

（責任編輯??林晨）