新型“水电池”比锂离子电池更安全、更便宜

RMIT 领导一个由全球研究人员和行业合作伙伴组成的团队开发了一种新型可回收“水电池”，预计其安全性将比锂离子电池高得多。

 

锂离子储能因其成熟的技术而占据市场主导地位，但由于其内部挥发性物质的安全问题，其对大规模电网储能的适用性受到限制。

 

首席研究员、皇家墨尔本理工大学理学院教授马天一表示，他们的电池处于水能存储设备这一新兴领域的前沿，其突破性进展显著提高了该技术的性能和寿命。

 

马教授说：“我们设计和制造的东西叫做水金属离子电池——或者也可以叫它水电池。”

 

该团队使用水代替有机电解质 - 这使得电流可以在正极和负极之间流动 - 这意味着他们的电池不会像锂离子电池那样着火或爆炸。

 

“当前的能源存储技术解决了全球消费者、行业和政府所面临的报废处理难题，我们的电池可以被安全拆卸，材料可以被重新利用或回收。”

 

“水电池制造工艺的简单性使得大规模生产成为可能。”

 

“我们使用镁和锌等自然界中丰富的材料，这些材料比其他类型电池的替代品更便宜、毒性更小，有助于降低制造成本并减少对人类健康和环境的风险。”

 

能源存储和生命周期潜力

 

该团队已经为众多同行评审研究制作了一系列小规模试验电池，以解决各种技术挑战，包括提高储能能力和寿命。

 

在发表于《先进材料》杂志的最新研究中，他们成功克服了一项重大挑战——破坏性枝晶的生长，这种尖锐的金属结构可能导致短路和其他严重故障。

 

该团队在受影响的电池组件上涂上一种名为铋的金属及其氧化物（也称为铁锈），作为防止枝晶形成的保护层。

 

“我们的电池现在使用寿命更长，可与市场上的商用锂离子电池相媲美，非常适合实际应用中的高速和密集使用。”

 

“凭借令人印象深刻的容量和延长的使用寿命，我们不仅拥有先进的电池技术，而且还成功地将我们的设计与太阳能电池板结合起来，展示了高效稳定的可再生能源存储。”

 

该团队的水电池在能量密度方面正在缩小与锂离子技术的差距，目标是每单位电力占用尽可能少的空间。

 

“我们最近制造出了一种镁离子水电池，其能量密度为每公斤 75 瓦时 (Wh/kg)，相当于最新特斯拉汽车电池的 30%。”

 

这项研究发表在《小型结构》杂志上。

 

“下一步是通过开发新的纳米材料作为电极材料来提高水电池的能量密度。”

 

马教授表示，镁很有可能成为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）取代铅酸电池，并在长期内（五到十年后）取代锂离子电池。”

 

“与锌和镍等替代金属相比，镁更轻，但具有更大的潜在能量密度，这将使电池具有更快的充电时间，并能更好地支持耗电设备和应用。”

 

潜在应用

 

马教授表示，该团队的电池非常适合大规模应用，使其成为电网存储和可再生能源整合的理想选择——尤其是在安全性方面。

 

“随着我们技术的进步，其他类型的小型储能应用，例如为人们的家庭和娱乐设备供电，可能会成为现实。”

 

作为 ARC 联动项目的一部分，马教授的团队正在与行业合作伙伴（一家位于悉尼的技术创新公司）GrapheneX 合作，不断开发他们的水电池。

 

“我们还与澳大利亚、美国、英国、日本、新加坡、中国等地顶尖大学和研究机构的研究人员和专家密切合作。”

 

“这些合作促进了知识交流和尖端设施的使用。凭借这支全球团队在不同领域的专业知识，我们可以从不同角度应对所涉及的复杂挑战。”