兩個高"水性可充電電池比鋰離子電池更安全、更便宜
鋰離子電池以其能量密度高、效率高、自放電率低等優點，在便攜式電子產品和電動汽車中占有主導地位。然而，由于使用可燃有機電解質造成的嚴重安全問題，阻礙了鋰離子電池的廣泛應用。水性可充電電池不僅比鋰離子電池更安全、更便宜，而且由于使用非可燃廉價的水溶液(即以水為溶劑的水溶液)作為電解質。然而，由于水分解電壓的限制，水性可充電電池的能量密度遠低于鋰離子電池的能量密度。"
11月19日，南京理工大學宣布，吳玉平教授和傅立軍教授設計了堿性/中性水溶液電解質體系，研制了一種高電壓、高能量密度的混合電解質電池。有關研究發表在國際化學領域最高學術期刊"先進能源材料"上。
水性可充電電池是指以水溶液為電解液的可充電電池。"傅立軍說，"水溶液的理論分解電壓為1.23伏特。"由于實際電池的過電壓，分解電壓可達1.5伏特，但很難超過2伏。電池的能量密度與電池的電壓成正比，即電壓越高，能量密度越高，電解質的電壓窗口決定了電池能達到的最大電壓。因此，為了提高水性可充電電池的電壓，首先要改善水溶液電解質的電壓穩定窗口。將堿性溶液與中性溶液組合成混合電解質，使電解液的電壓穩定窗口提高到3伏特。
在水溶液體系中，中性電解質的析氫電位高于堿性電解質，析氧電位低于酸性溶液，而中性電解質的電壓窗口是三種溶液中最寬的。另外，堿性溶液和中性溶液的結合比較容易，這樣的組合將大大拓寬電壓穩定窗口。"這篇論文的主要作者，南京工業大學的袁新海博士說。
在這項工作中，研究小組使用一種陽離子交換膜作為隔膜。"陽離子交換膜可以作為陽離子阻止陰離子，從而保持電解質的穩定pH值。此外，在這種混合電解質體系中，陰離子和陽離子在正負電解質中穩定存在。從而保證了電解質體系的穩定性。袁新海解釋說，只有電解液保持穩定，電解液的電壓窗口才能保持穩定，電池系統才能保持可逆性和穩定性。
解決了電解液電壓穩定窗口的問題，下一步是選擇合適的正負電極材料來構成高電壓、高能量密度的水基可充電電池。傅立軍表示，他們注意到鋅是堿性溶液中具有負電位的負極材料(相對于標準氫電極的電位為-1.216V)，具有較高的比容量，而錳酸鋰是一種具有較高氧化還原電位和較高比容量的正極材料。"因此，通過將這兩種材料結合起來，可以獲得更高電壓的水代充電電池。
根據混合水溶液電解質的概念，該團隊還開發了一系列水溶液電池和水溶液電容器，分別發表在"化學電化學"、"化學通訊"、"材料化學雜志"和"高級科學"上。
