含水电解质可能会改变电池生产

从事电池开发的研究人员通常将水视为敌人。此前人们认为，锂离子电池通常需要在极端干燥的条件下生产，才能储存大量电量。

现在，美国能源部阿贡国家实验室的一个研究团队开发了一种新的电池电解质，据阿贡高级电池化学家张正成(音译)说，这种电池电解质的含水量是传统电解质的1000倍。

“我们一直认为水会给锂离子电池带来重大问题，”他说。“然而，事实证明，我们的配方可以比之前已知的储存更多的水，这有助于降低电池制造成本。”

在电池中，离子在两个电极之间移动，以平衡充放电过程中产生的电荷，这一过程是由电解质实现的。然而,由于锂离子电池是“干电池”，它们只能含有微量的水分，这使得电池生产过程漫长而昂贵。

通过使用一种由两种盐——锂盐和离子液体——组成的电解质，美国能源部团队能够创造一种情况，在这种情况下，更多的水分子可以被电解质稳定地吸收。

阿贡计算科学家姜伟(Wei Jiang)使用阿贡领导计算设施(ALCF)的Theta超级计算机对电极表面附近的电解质进行了模拟，得到了水分子行为的图像，并观察了实验结果。

蒋说:“模拟让我们从原子尺度上了解了水是如何影响电池性能的，提供了仅靠实验室实验无法获得的见解。”

即使是少量的水也会降低电池的性能。这是因为水分子与电解质本身发生反应，产生腐蚀性副产物，侵蚀电池。

然而，新的电解质可以分离和结合水，隔离单个的水分子。阿贡团队的实验工作表明，它所含的水比目前电动汽车和消费电池中使用的电解质多1000倍。

秘密在于水分子不会聚集成“水坑”，从而失去反应性。

蒋说:“即使在容易受到水聚集影响的电极表面，我们的原子模拟表明，单个水分子是非常稳定的。”

这个团队确定了电解质的耐水性和电解质成分的“盐度”之间的定量关系。可行的假设是，水分子被含盐介质中特定浓度比范围内的不同离子捕获，这使其活性降低。

研究论文——”一种用于高能锂金属电池的环保电解液已经发表在ACS应用材料和接口杂志上。

电池行业的创新最近一直在上升，英国政府为一个电动汽车电池千兆工厂提供了资金在诺森伯兰郡而且日产宣布其电动汽车计划与固态电池六年后上市。

张说，这项研究为电池制造商在电池制造过程中引入水提供了一个潜在的途径，从而实现成本更低、更环保的制造。