大學(xué)公園-馬里蘭大學(xué)(UMD)和美國陸軍研究實驗室(ARL)的研究人員已通過采用新型化學(xué)轉(zhuǎn)化方法改進其鹽分水電池，在邁向更好的高能電池的道路上邁出了關(guān)鍵的一步陰極產(chǎn)生可逆的固體鹽層，這種現(xiàn)象在水基電池領(lǐng)域尚屬未知。

研究人員基于他們在2015年《科學(xué)》雜志上報道的鹽分水中電解質(zhì)的先前發(fā)現(xiàn)，增加了新的陰極。這種不含過渡金屬的新型陰極材料在4.2伏的平均電勢下具有出色的循環(huán)穩(wěn)定性，并提供了與非水鋰離子電池相當(dāng)甚至更高的能量密度，這是前所未有的。作者于5月9日在“自然”雜志上報道了他們的工作。

“馬里蘭大學(xué)和ARL的研究產(chǎn)生了至少10年以來我見過的最具創(chuàng)造力的新型電池化學(xué)，”加拿大達爾豪西大學(xué)的杰弗里·達恩教授說，他是與該研究無關(guān)的專家。“但是，是否可以制造出使用壽命長的實用設(shè)備還有待觀察。”

利用超濃縮水溶液電解質(zhì)的作用，利用石墨結(jié)構(gòu)中可逆的鹵素嵌入，該團隊產(chǎn)生了以前認(rèn)為不可能的能量密度。研究人員發(fā)現(xiàn)，鹽分水電池的超濃縮溶液與石墨陽極在電池內(nèi)部自動建立和重新形成保護層的能力相結(jié)合，可提供高能量的穩(wěn)定持久的電池。

“這種新的陰極化學(xué)恰好在我們先前開發(fā)的“鹽包水”水性電解質(zhì)中理想運行，這使其更加獨特-它結(jié)合了非水性系統(tǒng)的高能量密度與水性系統(tǒng)的高安全性，”論文的共同第一作者，UMD化學(xué)與生物分子工程系的助理研究科學(xué)家楊崇銀說。

該論文的第一作者，化學(xué)與生物分子工程學(xué)系的研究助理吉晨說：“這種新的'轉(zhuǎn)化-嵌入'化學(xué)方法繼承了轉(zhuǎn)化-反應(yīng)的高能量和石墨嵌入的優(yōu)異可逆性。” 。

由ChBE教授王春生領(lǐng)導(dǎo)的研究團隊在化學(xué)與生物化學(xué)系獲得了雙重任命。徐康，ARL研究員;和ARL科學(xué)家Oleg Borodin都將電池推進了一個可測試的階段：一個小按鈕的大小，通常在研究實驗室中用作測試工具。需要更多的研究以將其擴大到實用的，可制造的電池。

這項研究報告的水基電池的能量輸出比普通的基于易燃有機液體的手機電池的能量密度提高了25%，但更加安全。新的陰極能夠在一個小時的運行中保持每克240毫安的電流，大約是目前手機和筆記本電腦中典型陰極的兩倍。

鹽包水電池最終可用于涉及千瓦或兆瓦級大能量的應(yīng)用，或主要關(guān)注電池安全性和毒性的應(yīng)用，包括飛機，海軍艦船或宇宙飛船的不易燃電池。