這項工作由美國馬里蘭大學(xué)的王春生教授、楊重寅博士以及美國陸軍研究實驗室資深化學(xué)家許康等人合作完成，論文發(fā)表在美國細(xì)胞出版社旗下《焦耳》雜志上。

    “這是第一次實現(xiàn)水基電解液的4伏級電池，從原理上說是很重大的基礎(chǔ)性突破?！睏钪匾热嗽诮o記者的一份電子郵件中說，傳統(tǒng)商用化鋰離子電池使用的是極易燃的有機電解液，安全隱患嚴(yán)重。而用不可燃的水基電解液替換有機電解液的問題在于，前者電化學(xué)穩(wěn)定窗口一般小于2伏，一旦電極電壓超過這個數(shù)字，電解液就會失去穩(wěn)定，因此能量密度受限。
 
    王春生和許康稱，他們曾于2015年發(fā)明了一種高鹽濃度的水基電解液，使得電化學(xué)穩(wěn)定窗口達到了3伏。而在最新的研究工作中，他們通過在負(fù)極表面做可自修復(fù)的保護層讓這一窗口突破了4伏。
 
    科學(xué)家們解釋說，最新研究的關(guān)鍵在于，避免鋰金屬或石墨電極直接接觸水基電解液中的水分子而導(dǎo)致還原產(chǎn)氫。為此，他們開發(fā)出一種非常疏水的膠體保護層材料，均勻包覆在電極表面，有效防止了水分解副反應(yīng)導(dǎo)致的電極失效。
 
    更關(guān)鍵的是，他們發(fā)現(xiàn)，在最初的充放電循環(huán)中，保護層中特定組分在負(fù)極表面原位形成更為致密疏水的固體電解液界　面層，進一步鈍化了負(fù)極表面，并且這一固體界　面層可在局部破損情況下自我修復(fù)，保證了電池的長期穩(wěn)定性。
 
王春生和許康等人指出，該研究成果為研發(fā)高電壓窗口的安全水基鋰離子電池提供了新方向和思路。不過，他們也強調(diào)，目前的研究還只是實驗室中的概念驗證，距離商業(yè)化還有相當(dāng)長的一段路要走。下一步，他們計劃進一步優(yōu)化和完善電解液保護層材料的化學(xué)成分和電池結(jié)構(gòu)，并提高電池壽命。
 
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