科学家努力在未来用水基电池替代锂离子电池

科学家们致力于开发比现有锂离子电池更安全、能量密度更高或更便宜的新型电池。水基电池很有前途，但能量密度低。得克萨斯A&M大学的研究人员认为他们找到了将存储容量提高1000倍的解决方案。

人们有时会感到恼火，因为电池的所有优点都只发生在实验室或计算机模拟中。目前的锂离子电池似乎没有太大进展，这让许多人对纯电动汽车的未来持怀疑态度。人们往往会忘记，为今天的一切提供动力的锂离子电池不久前还在实验室里。最早对锂离子电池的研究可以追溯到60年代，但第一批商用电池直到90年代才出现。这是30年艰苦的实验室研究，然而，我们在这里，用锂离子电池为一切提供动力。

这就是为什么了解科学家们今天正在研究的东西是令人着迷的。在某些情况下，他们研究了他们的新技术许久。这意味着很可能很快就会在商业产品中看到他们的作品。在其他情况下，努力还处于早期阶段，需要很长时间，可能需要30多年才能在生产中取得突破。水基电池属于后一类，但同样引人入胜。

德克萨斯A&M大学的研究人员认为，对它们的研究还不够，并且正在不懈地努力以改善它们的特性。由化学工程教授JodieLutkenhaus博士和化学助理教授DanielTabor博士领导的科学家们旨在研究有朝一日可以取代锂离子电池的无金属水基电池。

这些电池当原材料变得稀缺或昂贵时，它可能是一种替代品。他们还可以拥有更稳定的供应链，因为他们不使用稀有材料。由于水基化学，与锂离子电池相比的另一大优势是它们提高了安全性。这些都是理论上的优势，因为科学家们仍在努力为他们的元素寻找合适的化学成分。

得克萨斯A&M大学研究的水基电池由一个阴极和一个由可以储存能量的聚合物制成的阳极组成。电解质是混合了有机盐的水，对离子传导和电池的储能能力至关重要。这就是为什么找到合适的材料很重要，因为研究人员发现不同的成分可能会产生截然不同的结果。

“如果电极在循环过程中膨胀太多，那么它就不能很好地传导电子，并且你会失去所有的性能，”Lutkenhaus说。“我相信储能容量存在1,000%的差异，这取决于由于膨胀效应而选择的电解质。”

发表在《自然材料》杂志上的文章表明，由于聚合物的高放电电压和快速氧化还原动力学，具有氧化还原活性的非共轭自由基聚合物(电极)是无金属水系电池的有前途的候选者。尽管如此，由于工艺复杂性增加，反应仍难以预测。研究人员正在使用实验和计算模拟来加快他们的工作。如果成功，他们的工作将为无锂电池铺平道路。

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