科學家發明了容量大、壽命長的「水電池」，不但可回收還不會起火

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由皇家墨爾本理工大學（RMIT University）領導的一支由研究人員和行業合作者組成的全球團隊開發出了不會起火或爆炸的可回收"水電池"。鋰離子儲能因其技術成熟而在市場上佔據主導地位，但由於其內部易揮發材料的安全問題，它在大規模電網儲能方面的適用性受到限制。

首席研究員、特聘教授馬天一說，他們的電池處於水性儲能裝置這一新興領域的最前沿，取得的突破大大提高了該技術的性能和壽命。

皇家墨爾本理工大學理學院的 Ma 說："我們設計和製造的是水金屬離子電池，也可以稱之為水電池。"

該團隊用水來替代有機電解質，使電流在正負極之間流動，這意味著他們的電池不會像鋰離子電池那樣起火或爆炸。

Ma 表示："我們的電池可以安全地拆卸，其材料可以重複使用或回收，從而解決了全球消費者、工業界和政府在使用現有儲能技術時所面臨的報廢處理難題。我們使用的鎂和鋅等材料在自然界中含量豐富、價格低廉，而且與其他種類電池中使用的替代品相比毒性較低，這有助於降低製造成本，減少對人類健康和環境的風險。"

水電池製造工藝的簡易性有助於實現大規模生產。


能量儲存和生命週期潛力如何？
該團隊製作了一系列小規模試驗電池，用於多項同行評審研究，以應對各種技術挑戰，包括提高儲能能力和壽命。

在發表於《先進材料》（Advanced Materials）的最新研究成果中，他們戰勝了一個重大挑戰--枝晶，一種破壞性樹枝狀突起的生長，這種尖刺狀金屬突起可能導致短路和其他嚴重故障。

研究小組在受影響的電池部件上塗上了一種名為鉍的金屬及其氧化物（又稱鐵鏽），作為防止枝晶形成的保護層。

結果呢？

"現在，我們的電池壽命大大延長，可與市場上的商用鋰離子電池媲美，是實際應用中高速和高強度使用的理想選擇。憑藉驚人的容量和更長的使用壽命，我們不僅推進了電池技術的發展，還成功地將我們的設計與太陽能電池板整合在一起，展示了高效、穩定的可再生能源儲存。"

該團隊的水電池在能量密度方面正在縮小與鋰離子技術的差距，目的是儘可能減少單位電量所佔用的空間。"我們最近製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），比最新的特斯拉汽車電池高出 30%"。



▲ 皇家墨爾本理工大學特聘教授馬天一（左）和朱凌峰博士與團隊的水電池。圖片來源：皇家墨爾本理工大學 Carelle Mulawa-Richards



這項研究發表在《小型結構》上。

"下一步是通過開發新的奈米材料作為電極材料，提高我們水電池的能量密度"。Ma 說，鎂可能是未來水電池的首選材料。"鎂離子水電池有可能在短期內（比如一到三年）取代鉛酸電池，並有可能在長期（5 到 10 年後）取代鋰離子電池。鎂比鋅和鎳等替代金屬更輕，具有更大的潛在能量密度，將使電池充電時間更快，更有能力支援耗電裝置和應用。"

潛在應用
Ma 說，團隊的電池非常適合大規模應用，是電網儲存和可再生能源內建的理想選擇，尤其是在安全方面。隨著技術的進步，其他類型的較小規模儲能應用，如為人們的家庭和娛樂裝置供電，可能會成為現實。

作為澳洲研究理事會聯絡項目的一部分，Ma 的團隊與行業合作夥伴、位於雪梨的技術創新企業 GrapheneX 合作，不間斷開發水電池。

"我們還與澳洲、美國、英國、日本、新加坡、中國和其他國家的知名大學和研究機構的研究人員和專家密切合作。這些合作促進了知識交流和尖端設施的使用。通過利用這個全球團隊在不同領域的專業知識，我們可以從不同角度應對所涉及的複雜挑戰"。





文章來源: T客邦