同等體積手機(jī)電池電量增加一倍？電動車10秒鐘充電可跑400公里？這些夢想或可成真。近日，復(fù)旦大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)“電位穿越”技術(shù)，大幅提升鋰電池性能，為解能源緊缺問題另辟蹊徑。
“提高能源利用效率，開拓新能源和可再生能源，都離不開電化學(xué)儲能——新型電池。”課題組負(fù)責(zé)人、復(fù)旦化學(xué)系教授吳宇平介紹，由于鋰金屬的化學(xué)特性非?；顫姡饲翱茖W(xué)家將其作為負(fù)極材料，通過鋰的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行充電放電。目前常用的鋰電池中一般使用非水的有機(jī)電解質(zhì)溶液作為介質(zhì)，讓電化學(xué)反應(yīng)過程中電子可以穿梭往來。
然而，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。近年來全球科學(xué)家都在探索，鋰電池中的介質(zhì)溶液能否用離子導(dǎo)電率更高的水來代替？難題擋在所有人面前——鋰電池依靠鋰離子通過介質(zhì)溶液，在正負(fù)電極間的遷移而產(chǎn)生電流，但由于低電位的鋰離子會和水溶液發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)，結(jié)果析出氫，生成氫氧化鋰，使電池自身產(chǎn)生損耗，無法進(jìn)行可逆充電。
復(fù)旦研究人員獨(dú)辟蹊徑，用高分子材料和無機(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“時空穿越”——在它的作用下，質(zhì)子和水分子無法在低電位下得到電子，就不會在鋰離子遷移過程中產(chǎn)生損耗。吳教授打趣說：“你可以把它看成一道‘任意門’，鋰離子的電位經(jīng)過膜，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，人跨過蟲洞可以直接在地球和外太空之間往返。”正因此，課題小組把這一新發(fā)現(xiàn)稱作“電位穿越”。
據(jù)介紹，包裹復(fù)合膜的新型水鋰電，可以大幅降低電池的成本，提高其能量密度，使充電時間更短，儲存電量更多，更耐久、更穩(wěn)定。
據(jù)實(shí)驗(yàn)測算，這一技術(shù)制造的新型鋰電池，能量效率高達(dá)95%，它的能量密度——即同樣大小、質(zhì)量的情況下單位儲存電能，比目前普遍采用有機(jī)電解質(zhì)的鋰離子電池高出80%。研究人員介紹，預(yù)計(jì)裝備這一新型水鋰電的電動汽車，滿電狀態(tài)下行駛距離可達(dá)400公里，而充電時間僅10秒鐘左右；如應(yīng)用于筆記本電腦、手機(jī)，待機(jī)時間可增加一倍以上。