循環(huán)可充電 海水電池迎來(lái)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(jiǎn)，且無(wú)需攜帶電解質(zhì)，不會(huì)產(chǎn)生重金屬污染的新型儲(chǔ)能技術(shù)，受到了學(xué)界的高度關(guān)注。并且在海洋探測(cè)、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(chǎng)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(chǎng)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(chǔ)技術(shù)，而這些難題限制了可循環(huán)海水電池的開(kāi)發(fā)。
而就在近日，海南大學(xué)“海洋清潔能源”創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)針對(duì)此實(shí)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(zhǎng)循環(huán)壽命、可重復(fù)充電的氯離子電池，完成了對(duì)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(chǔ)技術(shù)難題，研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)查閱文獻(xiàn)和高通量計(jì)算，篩選了10余種潛在的無(wú)機(jī)氯離子存儲(chǔ)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(chǔ)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(jià)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(chǔ))，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(shí)驗(yàn)過(guò)程中，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了氯離子對(duì)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(duì)該問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)修改了設(shè)計(jì)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(duì)優(yōu)化了連接工藝，并對(duì)電池的殼體進(jìn)行防腐蝕處理。這樣重新設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)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(cè)試，證明了其實(shí)用性。除此之外，從成本角度來(lái)說(shuō)，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(jià)格昂貴金屬元素，因此這種可循環(huán)海水電池綠色無(wú)毒的同時(shí)，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(xiàng)新成果完成落地轉(zhuǎn)化的那一天。
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