电压突破为安全、经济的电池铺平了道路

研究发表在权威期刊上 美国化学会杂志他展示了一种提高水性锌离子电池电压的方法，水性锌离子电池是一种含有水电解质的可充电电池。

参与这项研究的昆士兰科技大学研究人员是 孙子琪教授, 齐东辰副教授张帆，化学与物理学院， 廖挺教授 和 程岩教授 来自机械、医学与过程工程学院 亚伦·米卡勒夫博士 来自中央分析研究设施。

孙子琪教授，来自 昆士兰科技大学化学与物理学院 和 材料科学中心他说，水电池已经使用了一百多年，主要作为不可充电电池。

“提高可充电水性电池的低电压是其广泛应用的最大障碍之一，”孙教授说。

“在普通的可充电电池中，有机电解质用于填充阳极和阴极之间的空间，价格昂贵，而且最重要的是高度易燃。

“使用水性电解质可以解决锂离子电池的安全问题，因为水性电解质更便宜、更安全。

“但是在可充电电池中使用水性电解质非常具有挑战性。

“由于水电压较低（1.23 V），水力电池通常具有较低的电压窗口，因此能量密度较低，这意味着与常规有机可充电电池相比，电池性能较低。”

该研究论文的第一作者 Fan Zhang 表示，另一个挑战是使用水性电解质提高 1.23 伏的窗口电压。

“如果施加的电压高于1.23伏，就会产生氢气并导致电池膨胀并可能爆炸，”张说。

孙教授表示，研究人员找到了一种提高锌水电池电压的方法，同时避免潜在危险的氢气积聚。 该方法的灵感来自于马尔库塞溶液中分子间电子转移理论，该理论使鲁道夫·马库斯获得了诺贝尔奖。

“在我们的工作中，我们将一种称为儿茶酚的有机化合物应用于硫酸锌水溶液电解质中，这将电子转移模型从电解质中的正常内部场转移模型改变为外部场转移模型。

“简单来说，这意味着儿茶酚化合物将电子转移到锌离子，使水分子更加稳定，潜在危险的氢反应得到控制。”

孙教授表示，这项研究是朝着增加锌基水系电池的使用迈出的一步，锌基水系电池已被证明具有几个关键优势。

锌离子的电荷是锂离子的两倍，这意味着能量是锂离子的两倍。 电池还可以更小，充电速度更快，并且充电周期寿命可以延长数倍。

“外场电子转移机制为我们提供了设计高压水电解质的新方法，”孙教授说。

“使用这种新型水性电解质可将电压窗口提高两倍，并将整体电池性能比常规水性电解质提高 1.5 至三倍。

“这是可充电水电池工业化生产的一大飞跃。”