水锂电池的发展.doc

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1、郑州正方科技：水锂电池作为未来大型储能器件的杰岀代表z_,日前还有许多问题要解决，例如对于其电极材料的大电流快速充放电问题。因此，在提高负极材料的电化学反应速率需要考虑的因素主要有：1.反应物向电极表面的传质（迁移扩散对流）；2.电于转移（或称电子转移、电荷传递）；3.产物离开电极或者进入电极内部；4.电了转移前或者电了转移示在溶液中进行的化学转化；5.电极表面反应，如吸附、电结晶、生成气体等.在电极表曲不需要形成保护膜的情况下，将体系屮充放电倍率提高时，主要克服的问题是体系的极化问题，主要包括电化学极化、浓差极化等。在较低的充放电倍率下，电流极小，传质速度可以满足电极反应的速度，

2、电化学极化占到主导的地位，此时水溶液电解液体系高的电导率基本上就可以克服这部分的极化，不需要对电极材料进行过多的改性，体系在一定程度上就会表现出比传统材料较高的倍率性能。但是当体系达到一个极高的充放电速率（大于100C）,体系的极化电流很高，此时传质控制。不可忽略，体系进入到一个电化学极化与浓差极化共同控制的阶段，电极内部的反应就成为整个电化学的控制步骤，其屮整个电极体系的电流密度、界面电子转移反应控制的电化学极化，以及锂离了•迁移嵌入/脱出电极材料控制的浓羌极化就成为整个体系极化的重要组成部分，此时传统的微米级电极材料U经不能承受如此快的电化学反应速率，因此就必须提高电极材料的報

3、体利用率（降低电流密度），降低材料的大小尺度，萇至到纳米结构尺度。另外一个比较重要的问题就是循环性能，因为储能必须是长期的，循环寿命至少能够达到3000次，这样10年一更换才能具有明显的节能效果。一旦这些问题得到解决，水锂电在未来节能减排以及国家大力扶植新能源行业的契机下，会取得长足的发展。充电10秒钟，行驶距离400公里新闻屮心讯在人们的□常生活屮，锂离了电池已经是司空见惯却也必不可少的物品。从手机、电脑到大型机械设备、新能源汽车，可以说现代社会生活的许许多多新奇“装备”是由锂电池驱动的。对于普通老百姓的来说，对于锂离子电池的要求无非是更安全——电池在任何情况下都不要突然爆炸；更

4、耐用一一电池使用时能支撑的时间久一些、距离远一些，电池的寿命更长一点，不用记挂着需要时常更换；更方便——在通过风能、太阳能、潮汐能发出来的电可以高效率的储存起来，给天黑时、没风、没电的时候用。这也是全世界电池研究者追寻的目标。近口，最新一期《白然》（Nature）杂志子刊《科学报道》（Sci.Report）刊发了复旦大学吴宇平教授领导的课题组关于水溶液锂电池体系的最新研究成果。吴宇平课题组采用复合膜将金屈锂进行包覆，而后将其置于pH值呈屮性的水溶液屮，与锂离了电池屮传统的正极材料如尖晶石镭酸锂纟R装，制成了平均充电电压为4.2V、放电电压为4.0V的新型水锂电。这一成果大大突破了水

5、溶液的理论分解电压1.23V。吴教授课题纟H•发明的新型水溶液可充锂电池（简称为“水锂电”）的能量密度（即同样大小、质量的情况下，每单位储存电能的多少）比目前普遍采用的有机电解质的动力锂离子电池要高出了80%o据吴宇平教授介绍，水锂电是当今锂电池研发的前沿和方向3—，它是用普通的水溶液来替换传统锂电池屮的有机电解质溶液。传统的锂离了电池尽管具有诸多优点，并且在民众生活屮应用广泛，但是在大型的储能系统屮，用传统方法制造的锂电池成木高，对生产条件要求高，并且由于有机电解质的物理化学性质，存在较大的安全隐患，我们迫切需要发展新烈的低成木、易大规模生产、安全环保的蓄电池体系。由于水溶液的安

6、全性能高，不会起火,离子导电率高，且成本也低，水锂电已经成为下一代大型储能电池发展的优选方向据悉，复旦大学a2005年起就一直在开展水锂电这一国际前沿领域的探索，相关研究成果曾发表在《徳国应用化学》、《能源与环境科学》等国际权威的专业刊物上。在我国科技部重大基础研究计划和自然科学基金委的资助下，至2007年复旦大学在新熨水锂电方血的研发领域取得了重大进展，研究成果和科研水平开始居于世界先进地位。在此次发表的最新成果屮，复旦大学化学系吴宇平教授所带领的课题组成员研究设计了全新的思路，并首次提出了锂离了在该复合膜发生“电位穿越”的理论。锂电池的主要T作原理，是依靠锂离子在正负电极之间的

7、迁移而产生电流的。这种迁移是在溶液屮进行的。但是由于低电位的锂离了会和水溶液发生电化学反应（析出氢，生成氢氧化锂），从而使电池自身发生损耗，不能发生可逆充电，因此水锂电研究要解决的核心问题就是如何防止锂离了和水在低电位发生反应。而采用原有的“极化”（即不断尝试使用新型的材料制作电极）解决方案，只能使水锂电所产生的的电压最多达到2.0V,而且充放电效率低。吴宇平教授则换了另外一种思路，用高分了材料和无机材料制成复合膜，包裹在金属锂外。而这层复合膜成为了锂离了的电位在正负