中国研究团队开发出一种采用中性电解质的水系电池,研究称其循环寿命可达到常见锂离子电池的约10倍。
据日本科技媒体GIGAZINE当地时间本月8日报道,这种电池可承受约12万次充放电循环。若应用于电网侧储能,在当前运行强度下,其理论使用年限甚至可达数百年。
水系电池以水溶液为电解液,相较锂离子电池,起火风险更低。不过,传统水系电池多采用酸性或碱性电解质,在充放电过程中容易发生析氧或析氢反应,导致水分被快速消耗,进而限制电池寿命。同时,强酸、强碱电解质在报废处理阶段也可能带来环境负担。
为解决上述问题,香港城市大学研究团队设计了一套更耐衰减、环境负担更低的材料体系。该团队合成了共价有机聚合物负极材料,并将其与接近中性的镁盐、钙盐电解质结合,构建出新的水系电池方案。
这项研究的核心在于“有机聚合物负极+中性电解质”的材料组合。报道指出,有机聚合物在强酸或强碱环境中通常会较快分解,因此过去并不常用于传统水系电池。研究团队通过引入中性电解质,避开了这一问题,并表示其所用盐类对环境更为友好,甚至可作为制作豆腐的“卤水(Nigari)”成分。
在寿命表现方面,研究团队称,这一有机聚合物体系可实现约12万次充放电循环,超过常见锂离子电池寿命的10倍。报道称,电网储能电池在2024年的平均运行强度约为每天1.1次循环;若按这一水平计算,这种新型水系电池在更换前的使用时间可达约300年。
研究团队表示,这一成果显示出与中性电解质兼容的负极材料开发取得了进展。团队称,该研究“展示了在开发适配中性电解质负极材料方面的重大进步”,并有望为储能领域提供更安全、寿命更长、同时兼顾环境因素的解决方案。
不过,这种电池也存在明显限制,即最大电压受限,无法像锂离子电池或钠离子电池那样储存更多能量。因此,相比便携设备或其他高能量密度应用场景,它更适合优先用于安全性和寿命要求更高的领域。
总体来看,这项研究为解决水系电池“寿命短”和“报废处理环境压力大”两项难题提供了新的思路。但其能否进一步扩大实际应用,仍取决于能否补足储能能力偏弱这一短板。