李雨蒙

目前，鋰離子儲能技術(shù)因為其技術(shù)的成熟度占據(jù)了大部分的市場，但由于內(nèi)部揮發(fā)性材料所導(dǎo)致的安全隱憂，使它在大規(guī)模電網(wǎng)儲能應(yīng)用時受到了限制。最近，由皇家墨爾本理工大學(xué)（RMIT）領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊開發(fā)了一款可回收的“水電池”，它不會著火或爆炸。

首席研究員Tianyi?Ma教授表示，在水儲能設(shè)備這個新興領(lǐng)域中他們的電池技術(shù)已經(jīng)處于前沿水平。這項技術(shù)的突破在于顯著地提高了電池的性能和壽命?！拔覀兯O(shè)計和制造的被稱為水性金屬離子電池——或者我們可以稱它們?yōu)樗姵??！?Ma教授介紹。

研究人員利用水替代了有機(jī)電解質(zhì)，這使電流能夠在正極和負(fù)極之間流動，也意味著他們的電池?zé)o法起火或是爆炸，這與鋰離子電池不同。

研究人員表示：“為解決全球消費(fèi)者、行業(yè)和政府所面對目前儲能技術(shù)的報廢處置挑戰(zhàn)，我們的電池可以被安全地拆卸，材料可以重復(fù)使用或回收?！彼姵刂圃爝^程的簡易能夠使大規(guī)模生產(chǎn)成為可能?！拔覀兪褂昧巳珂V和鋅這樣性質(zhì)豐富的材料，并且價格低廉，毒性低于其他類型電池使用的材料。這有助于降低制造成本，也降低了對人類健康和環(huán)境的威脅?！?/p>

能量存儲和生命周期的潛力是什么？

研究團(tuán)隊為許多同行評審研究制作了一系列小規(guī)模試驗電池，以應(yīng)對各樣的技術(shù)挑戰(zhàn)，包括提高儲能能力與壽命。

發(fā)表在《高級材料》雜志中的最新研究顯示，研究人員完成了一項重大挑戰(zhàn)——破壞性樹突的生長，這些樹突是尖銳的金屬結(jié)構(gòu)，會導(dǎo)致短路以及其他的嚴(yán)重故障。研究人員在受影響的電池部件上涂上一種名為鉍及其氧化物（也稱為鐵銹）的金屬，作為防止樹突形成的保護(hù)層。結(jié)果呢？

“目前，我們的電池使用壽命明顯更長——可與市場上的商用鋰離子電池相媲美，使它們成為現(xiàn)實中高速和密集使用的理想選擇。憑借出色的容量以及更長的使用壽命，我們不僅提升了電池技術(shù)，還成功地將我們的設(shè)計與太陽能電池板相融合，展現(xiàn)了高效和穩(wěn)定的可再生能源存儲能力?！?/p>

現(xiàn)在，研究團(tuán)隊的水電池正在縮小與鋰離子技術(shù)在能量密度方面的差距，目的在于盡可能地減少使用單位功率內(nèi)的空間。“我們最近制造了一種鎂離子水電池，其能量密度為每公斤75瓦時（Wh?kg-1）——達(dá)到了特斯拉汽車最新電池的30%?！?/p>

這項研究同時發(fā)表在《Small?Structures》雜志中?！跋乱徊窖芯渴峭ㄟ^開發(fā)新的納米材料作為電極材料，提高我們水電池的能量密度?！盡a教授介紹說?！版V元素或許是未來水電池的首選材料。鎂離子水電池有可能在短期內(nèi)（一到三年）替代鉛酸電池，也有可能在5到10年的長期內(nèi)替代鋰離子電池。鎂元素相比（包括鋅和鎳在內(nèi)）其他金屬更輕，具有更大的潛在能量密度，這令電池具備更快的充電時間以及更好的性能支撐耗電的設(shè)備和應(yīng)用。”

研究團(tuán)隊表示他們的電池非常適合大規(guī)模應(yīng)用，對于電網(wǎng)存儲和可再生能源集成是十分理想的選擇，尤其對于安全方面的考慮?！半S著我們技術(shù)的進(jìn)步，其他類型的小規(guī)模儲能應(yīng)用，比如為家庭和娛樂設(shè)備供電，也有可能成為現(xiàn)實?！?/p>

研究團(tuán)隊正在與悉尼的科技創(chuàng)新公司?GrapheneX合作，持續(xù)開發(fā)他們的水電池?！拔覀冞€與來自澳大利亞、美國、英國、中國等全球許多著名大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)的專家密切合作。這些合作促進(jìn)了我們之間的知識交流以及尖端設(shè)備的運(yùn)用。通過利用全球團(tuán)隊在不同領(lǐng)域的專業(yè)知識，我們可以解決來自不同角度的復(fù)雜挑戰(zhàn)?！?/p>

編譯自《Scitech》

（責(zé)任編輯??林晨）