編者按:手機(jī)、電腦、電動(dòng)汽車,鋰電池已成為生活中不可缺少的一部分,但傳統(tǒng)鋰電池制作成本高,安全隱患大,鋰電池能不能做到安全耐用又方便便宜?日前,復(fù)旦大學(xué)吳宇平教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組首次提出“電位穿越”理論,并制成新型水溶液可充鋰電池,這種電池充電時(shí)間更短,儲(chǔ)存電量更多,耐用時(shí)間更久。以電動(dòng)汽車為例,復(fù)旦新型水鋰電僅需10秒即可完成充電,且能跑上400公里,而其成本僅有傳統(tǒng)車用鋰電池的一半。目前,該項(xiàng)技術(shù)離產(chǎn)業(yè)化僅“一步之遙”。
記者日前獲悉,復(fù)旦大學(xué)吳宇平教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組突破傳統(tǒng)舊制,首次提出“電位穿越”理論,并制成了平均充電電壓為2.4伏、放電電壓為4.0伏的新型水溶液可充鋰電池(簡(jiǎn)稱為“水鋰電”),這一成果大大突破了水溶液的理論分解電壓1.23伏。最新一期《自然》雜志子刊《科學(xué)報(bào)道》刊發(fā)了這一最新研究成果,該成果已引發(fā)美國(guó)能源研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)關(guān)注。
據(jù)了解,傳統(tǒng)方法制造的鋰電池生產(chǎn)成本較高,且其中有機(jī)電解質(zhì)溶液存在一定安全隱患。業(yè)界一般采用“極化”方案(即不斷嘗試使用新型的材料制作電極)來(lái)解決水鋰電的核心問(wèn)題——防止鋰離子和水在低電位發(fā)生反應(yīng)。但該方案只能使水鋰電所產(chǎn)生的電壓最多達(dá)2.0伏,且充放電效率低。
吳宇平教授則另辟蹊徑,用高分子材料和無(wú)機(jī)材料制成復(fù)合膜,包裹在金屬鋰外。這層復(fù)合膜幫助鋰離子的電位在正負(fù)極之間“時(shí)空穿越”——在它的作用下,質(zhì)子和水分子無(wú)法在低電位下得到電子,就不會(huì)在鋰離子遷移過(guò)程中產(chǎn)生損耗。吳教授打趣說(shuō):“你可以把它看成一道‘任意門’,鋰離子的電位經(jīng)過(guò)膜,一下就到了負(fù)極,然后又直接從負(fù)極回到正極,就好像科幻片中,人跨過(guò)蟲(chóng)洞可以直接在地球和外太空之間往返?!闭虼?,課題小組把這一新發(fā)現(xiàn)稱作“電位穿越”。
據(jù)介紹,該包裹復(fù)合膜的新型水鋰電可大幅降低電池成本,其能量密度比目前普遍采用的有機(jī)電解質(zhì)的動(dòng)力鋰離子電池高出80%,從而使電池充電時(shí)間更短,儲(chǔ)存電量更多,耐用時(shí)間更久。以電動(dòng)汽車為例,復(fù)旦新型水鋰電僅需10秒即可完成充電,且能跑上400公里,而其成本僅有傳統(tǒng)車用鋰電池的一半。目前,該項(xiàng)技術(shù)離產(chǎn)業(yè)化僅“一步之遙”。
據(jù)悉,復(fù)旦大學(xué)自2005年起就一直在開(kāi)展水鋰電這一國(guó)際前沿領(lǐng)域的探索,至2007年,在科技部重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃和自然科學(xué)基金委的資助下,其研究成果和科研水平開(kāi)始居于世界先進(jìn)地位。