新型“水电池”更便宜、可回收且不会爆炸

水和电子产品通常不会混在一起，但事实证明，电池也能从水的作用中受益。

通过用水取代商用电池中使用的有害化学电解质，科学家们开发出了一种可回收的 “水电池”--并解决了这一新兴技术的关键问题，使其成为一种更安全、更环保的替代品。

“水电池”正式名称是水金属离子电池。这些设备使用镁或锌等金属，与其他类型电池目前使用的材料相比，组装成本更低，毒性更小。

电池通过产生从电池正极(阴极)流向负极(阳极)的电子流来储存能量。当电子反向流动时，电池就会消耗能量。电池中的液体在两端来回穿梭电子。

在水电池中，电解液是添加了一些盐的水，而不是硫酸或锂盐。

最重要的是，这项最新技术背后的团队想出了一种防止水电池短路的方法。当电池内部的金属阳极上长出被称为树枝状突起的细小尖刺金属时，就会发生短路，从而击穿电池隔间。

新技术的第一作者、澳大利亚墨尔本皇家墨尔本理工大学的化学科学家马天一说，虽然这项新技术不可能很快取代锂离子电池，但随着进一步的研究和开发，水电池可能在十年左右的时间内成为锂离子电池的安全替代品。

从笔记本电脑、手机到电动自行车和汽车，锂离子电池无所不在，但在极端情况下会过热起火。这是因为锂是一种相当活泼的金属，浸没在有机电解质中。

出于这些安全考虑，研究人员长期以来一直试图设计出使用不同材料但性能相同、寿命相似的电池。

使用水基金属离子电池的一个主要障碍是枝晶的生长。为了抑制这种情况，研究人员在电池的锌阳极上涂上了金属铋，金属铋会氧化形成铁锈。这样就形成了一个保护层，阻止树枝状突起的形成。

研究人员的实验表明，这一功能还有助于延长原型水电池的使用寿命，在循环使用 500 次后，其容量仍能保持 85% 以上。

据《卫报》的 Royce Kurmelovs 报道，该团队迄今已开发出钟表中使用的硬币大小电池的水基原型，以及类似 AA 或 AAA 电池的圆柱形电池。

该团队正在努力提高水电池的能量密度，使其能与袖珍设备中的小型锂离子电池相媲美。

镁是他们的首选材料，比锌轻，潜在能量密度更高。马天一说，如果镁离子电池能够实现商业化，这项技术将在几年内取代笨重的铅酸电池。

铅酸电池的能量密度较低，主要用于启动汽油或柴油汽车电机以及大规模电网储能。然而，由于铅酸电池含有铅和有害酸，因此不能随意丢弃，必须在专业设施中进行回收。

随着全球能源系统电气化，以逐步淘汰化石燃料并应对气候变化，预计对锂离子电池和用于制造锂离子电池的金属的需求将会增加，因此回收或再利用锂离子电池也是当务之急。

马天一说：“我们的电池可以安全地拆卸，材料可以重复使用或回收，从而解决全球消费者、工业界和政府在使用当前储能技术时所面临的报废处理难题。”

在实际应用方面，研究人员将他们的电池设计与一块太阳能电池板和一盏45瓦的太阳能灯连接起来，经过一天的充电后，电池可以维持12小时的照明。这是“水电池”用于可再生能源存储潜力的一次小规模展示，它将鼓励更多的研究。

这项研究发表在《先进材料》上。

原文：https://www.sciencealert.com/new-water-batteries-are-cheaper-recyclable-and-wont-explode
投稿：混沌分析

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