我國(guó)科學(xué)家突破水系鋰離子電池“短壽”研究瓶頸

    復(fù)旦大學(xué)新能源研究所夏永姚教授課題組關(guān)于水系鋰離子電池的研究取得突破性進(jìn)展，找到了導(dǎo)致水系鋰離子電池循環(huán)性差、即壽命偏短的核心問題。這一研究成果發(fā)表在最新一期的國(guó)際一流學(xué)術(shù)刊物《自然—化學(xué)》（《Nature  Chemistry》）雜志上。　　水系鋰離子電池具有價(jià)格廉價(jià)、無環(huán)境污染、安全性能高、高功率等優(yōu)點(diǎn)，這種電池將來可望用于風(fēng)力、太陽能發(fā)電等能量?jī)?chǔ)存、智能電網(wǎng)峰谷調(diào)荷和短距離的電動(dòng)公交車等，但受循環(huán)性差等制約一直無法投入實(shí)際應(yīng)用�！　�1994年《科學(xué)》（《Science》）上首次報(bào)道了一種用水溶液電解質(zhì)的鋰離子電池，實(shí)際應(yīng)用中這種電池的能量密度大于鉛酸電池，但循環(huán)性能很差，使得這種電池壽命較短。為了提高循環(huán)性能，提高電池充電次數(shù)，過去多集中于研究合適的電極材料以提高循環(huán)性能上，但這些嘗試無法有效解決關(guān)鍵問題，一般100次循環(huán)后也就是充電100次后，電池容量維持率低于50％。　　夏永姚教授課題組自2004年起一直從事鋰離子嵌入化合物在水溶液電解質(zhì)中的研究，研究人員發(fā)現(xiàn)鋰離子嵌入化合物在水溶液電解質(zhì)中的電極反應(yīng)，遠(yuǎn)比在有機(jī)電解液中復(fù)雜，除了考慮電極材料本身在鋰離子嵌入過程中的穩(wěn)定性外，必須考慮水分解析氫、水分解析氧的反應(yīng)，水溶液中質(zhì)子的競(jìng)爭(zhēng)嵌入，電極材料在水溶液中的溶解問題等。　　經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)和分析，研究人員證實(shí)，在水和氧氣存在下，作為電池負(fù)極的電極材料會(huì)被氧氣氧化是造成水系鋰離子電池容量衰減的主要原因，而通過電池密封消除氧氣氧化、選擇合適的電極材料負(fù)極和碳包覆正極，就能大大地提高電池的循環(huán)性能，將電池10分鐘倍率從充放電100次容積維持率低于50％提高到可充放電1000次循環(huán)，容量維持率在90％以上。　　夏永姚教授對(duì)記者說：“雖然研究對(duì)提高水溶液鋰離子電池的循環(huán)性能提供了重要指導(dǎo)，但是水系鋰離子電池真正能實(shí)際應(yīng)用還有一定距離。”