循環(huán)可充電 海水電池迎來新突破
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)百態(tài)】海水電池泛指利用海水作為電解質(zhì)的化學(xué)電源。由于海水本身是一種天然的鹽溶液，成分滿足電池電解質(zhì)的基本需求，因此海水電池是一種理論上電池結(jié)構(gòu)精簡，且無需攜帶電解質(zhì)，不會產(chǎn)生重金屬污染的新型儲能技術(shù)，受到了學(xué)界的高度關(guān)注。并且在海洋探測、水下通信、島礁供電、應(yīng)急照明等領(lǐng)域展現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景。
然而由于目前使用海水電池的主要場景依舊以海洋環(huán)境或需要利用海水作為電解質(zhì)的特定場景為主，加上海水資源本身足夠豐富，因此目前研制的海水電池主要以能夠穩(wěn)定供電的一次性電池為主。這也導(dǎo)致了目前海水電池中存在許多未被解決的技術(shù)難題，例如氯離子可逆存儲技術(shù)，而這些難題限制了可循環(huán)海水電池的開發(fā)。
而就在近日，海南大學(xué)“海洋清潔能源”創(chuàng)新團(tuán)隊針對此實現(xiàn)了技術(shù)突破，成功研制出了一種基于天然海水電解液的超長循環(huán)壽命、可重復(fù)充電的氯離子電池，完成了對可持續(xù)水系電池的一次技術(shù)革新。
據(jù)悉，為了解決氯離子可逆存儲技術(shù)難題，研究團(tuán)隊通過查閱文獻(xiàn)和高通量計算，篩選了10余種潛在的無機(jī)氯離子存儲材料，并嘗試合成其中7種，最終選定高導(dǎo)電性的層狀材料MXene作為電池儲氯電極。MXene的高導(dǎo)電性能夠幫助離子和電子快速傳輸，穩(wěn)定的層狀結(jié)構(gòu)又能夠確保氯離子在材料層間的可逆嵌入和脫出(MXene材料具有氯表面端基，這是一種可調(diào)控的表面官能團(tuán)，可以與海水中的氯離子形成共價相互作用，這是一種弱相互作用，能夠?qū)崿F(xiàn)氯離子的可逆存儲)，從而保證了電池的循環(huán)性能與循環(huán)壽命。
值得一提的是，再實驗過程中，研究團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)了氯離子對于電池殼體和集流體的腐蝕性同樣是限制海水電池性能的原因，因此針對該問題，研究團(tuán)隊修改了設(shè)計方案。一方面，電池的集流體選用了更耐氯離子腐蝕的碳紙和鈦箔；另一方面，團(tuán)隊優(yōu)化了連接工藝，并對電池的殼體進(jìn)行防腐蝕處理。這樣重新設(shè)計后的海水電池，穩(wěn)定性和整體性都有了保障。
而在后續(xù)的實驗中，新的電池不但再性能上表現(xiàn)突出，還能夠承受40000次循環(huán)測試，證明了其實用性。除此之外，從成本角度來說，由于海水本身資源產(chǎn)量就足夠豐富，加上MXene電極材料中不含鋰、鈷等價格昂貴金屬元素，因此這種可循環(huán)海水電池綠色無毒的同時，生產(chǎn)成本也不高，符合可持續(xù)發(fā)展的大環(huán)境需求。而我們也有理由期待這項新成果完成落地轉(zhuǎn)化的那一天。
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