令人印象深刻的容量和延长的寿命

李雨蒙

目前，锂离子储能技术因为其技术的成熟度占据了大部分的市场，但由于内部挥发性材料所导致的安全隐忧，使它在大规模电网储能应用时受到了限制。最近，由皇家墨尔本理工大学（RMIT）领导的国际研究团队开发了一款可回收的“水电池”，它不会着火或爆炸。

首席研究员Tianyi Ma教授表示，在水储能设备这个新兴领域中他们的电池技术已经处于前沿水平。这项技术的突破在于显著地提高了电池的性能和寿命。“我们所设计和制造的被称为水性金属离子电池——或者我们可以称它们为水电池。” Ma教授介绍。

研究人员利用水替代了有机电解质，这使电流能够在正极和负极之间流动，也意味着他们的电池无法起火或是爆炸，这与锂离子电池不同。

研究人员表示：“为解决全球消费者、行业和政府所面对目前储能技术的报废处置挑战，我们的电池可以被安全地拆卸，材料可以重复使用或回收。”水电池制造过程的简易能够使大规模生产成为可能。“我们使用了如镁和锌这样性质丰富的材料，并且价格低廉，毒性低于其他类型电池使用的材料。这有助于降低制造成本，也降低了对人类健康和环境的威胁。”

能量存储和生命周期的潜力是什么？

研究团队为许多同行评审研究制作了一系列小规模试验电池，以应对各样的技术挑战，包括提高储能能力与寿命。

发表在《高级材料》杂志中的最新研究显示，研究人员完成了一项重大挑戰——破坏性树突的生长，这些树突是尖锐的金属结构，会导致短路以及其他的严重故障。研究人员在受影响的电池部件上涂上一种名为铋及其氧化物（也称为铁锈）的金属，作为防止树突形成的保护层。结果呢？

“目前，我们的电池使用寿命明显更长——可与市场上的商用锂离子电池相媲美，使它们成为现实中高速和密集使用的理想选择。凭借出色的容量以及更长的使用寿命，我们不仅提升了电池技术，还成功地将我们的设计与太阳能电池板相融合，展现了高效和稳定的可再生能源存储能力。”

现在，研究团队的水电池正在缩小与锂离子技术在能量密度方面的差距，目的在于尽可能地减少使用单位功率内的空间。“我们最近制造了一种镁离子水电池，其能量密度为每公斤75瓦时（Wh kg-1）——达到了特斯拉汽车最新电池的30%。”

这项研究同时发表在《Small Structures》杂志中。“下一步研究是通过开发新的纳米材料作为电极材料，提高我们水电池的能量密度。”Ma教授介绍说。“镁元素或许是未来水电池的首选材料。镁离子水电池有可能在短期内（一到三年）替代铅酸电池，也有可能在5到10年的长期内替代锂离子电池。镁元素相比（包括锌和镍在内）其他金属更轻，具有更大的潜在能量密度，这令电池具备更快的充电时间以及更好的性能支撑耗电的设备和应用。”

研究团队表示他们的电池非常适合大规模应用，对于电网存储和可再生能源集成是十分理想的选择，尤其对于安全方面的考虑。“随着我们技术的进步，其他类型的小规模储能应用，比如为家庭和娱乐设备供电，也有可能成为现实。”

研究团队正在与悉尼的科技创新公司 GrapheneX合作，持续开发他们的水电池。“我们还与来自澳大利亚、美国、英国、中国等全球许多著名大学和研究机构的专家密切合作。这些合作促进了我们之间的知识交流以及尖端设备的运用。通过利用全球团队在不同领域的专业知识，我们可以解决来自不同角度的复杂挑战。”

编译自《Scitech》

（责任编辑  林晨）