香港利用护肤霜成分制电解质 制成不易燃且安全的水系锂离子电池

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大龙车务 ，中国香港中文大学（The Chinese University of Hong Kong，CUHK）工程系的一个研究小组在水系锂离子电池中引入了一种新型电解质，进而在改善高能量电池方面取得了重要进展。此种电解质通常用于护肤霜，价格便宜、不易燃、毒性小、对环境友好，还能产生稳定电压，供日常使用。

（图片来源：香港中文大学）

手机、笔记本电脑，甚至等电子设备和电子产品在很多方面改善了我们的日常生活，而它们都使用了锂离子电池。由于锂离子电池可以充电且能稳定地输出能量，因而成为了此类产品的核心。尽管经过多年研究，锂离子电池仍需要依赖有毒且易燃的有机电解质来发电，其具有的严重安全隐患仍然没有得到解决，三星智能手机爆炸、波音飞机电池起火、电动汽车电池着火等新闻也不断出现，表明了锂离子电池的安全性还没有得到保证。

根据之前对水系锂离子电池的研究，该团队将“分子聚集”（molecular crowding）引入了新型水系电解质中，取代了将锂离子盐作为主要稳定剂的方法。

“分子聚集”是活体细胞中的常见现象，描述了当大分子（蛋白质、复合糖、多糖等）或小型亲水分子（代谢物、渗透物）达到一定浓度时，溶液分子的性质会发生实质性的改变。由于环境拥挤，水溶剂的活性会因为水的氢键结构的变化而降低。

该团队选择使用聚（乙二醇）或PEG，在电解质中复制“分子聚集”现象。PEG是一种可溶于水的聚合物，可以轻易地与水系电池结合，也是护肤霜和个人润滑用品的基础，甚至可用作牙膏和食品饮料中的消泡剂。

采用此种新型稳定剂，一个LiMn2O4阴极和一个Li4Ti5O12阳极，该团队成功将水系电解质的稳定窗口扩大至3.2V，并演示了此种新型电解质在300多次充放电循环中，能够让电池能量密度高达75至100Wh/kg，且可稳定工作；采用凝胶涂层，就可将电池的工作电压进一步提高至4.0V以上，水系锂离子电池中常见的副作用（氢/氧演化反应）几乎都被消除。研究人员还进行了可燃性试验，验证了该款新型电解质的防火性能，显著提高了锂离子电池的安全性。

研究人员表示：“此种电解质可以使用很多水系电解质无法使用的电极材料。更重要的是，这一研究发现为设计电压窗口更大、稳定性更高的水系电解质提供了新平台，可实现安全、低成本且环保的储能设备。”

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