復(fù)旦大學(xué)新能源研究所教授夏永姚課題組經(jīng)過艱苦努力，終于在有關(guān)水系鋰離子電池的研究領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，找到了導(dǎo)致水系鋰離子電池循環(huán)性差的核心問題。這一研究成果發(fā)表在最新一期Nature Chemistry上。
　　水系鋰離子電池具有價(jià)格低廉，無環(huán)境污染，安全性能高，高功率等優(yōu)點(diǎn)，這種電池將來可望用于風(fēng)力、太陽能發(fā)電等能量?jī)?chǔ)存、智能電網(wǎng)峰谷調(diào)荷和短距離電動(dòng)公交車等。但受其循環(huán)性差的影響，目前還無法投入實(shí)際應(yīng)用。
　　1994年，Dahn研究組在美國(guó)Science雜志首次報(bào)道了一種用水溶液電解質(zhì)的鋰離子電池，負(fù)極采用VO2，正極采用 LiMn2O4，電解質(zhì)溶液為微堿性的Li2SO4溶液，其平均工作電壓1.5V，實(shí)際應(yīng)用中這種電池的能量密度接近40Wh/kg，大于鉛酸電池（30Wh/kg），與Ni-Cd電池相當(dāng)，但循環(huán)性能很差，使該種電池壽命較短。
　　為了提高循環(huán)性能，提高電池充電次數(shù)，過去的許多研究集中在研究合適的電極材料上，以提高循環(huán)性能。但這些嘗試無法有效解決關(guān)鍵問題，一般100次循環(huán)后（也就是充電100次后），容量維持率就會(huì)低于50%。
　　夏永姚課題組自2004年一直從事鋰離子嵌入化合物在水溶液電解質(zhì)中的研究，他發(fā)現(xiàn)鋰離子嵌入化合物在水溶液電解質(zhì)中的電極反應(yīng)，遠(yuǎn)比在有機(jī)電解液中復(fù)雜。除了考慮電極材料本身在鋰離子嵌入過程中的穩(wěn)定性外，必須考慮水分解析氫、析氧的反應(yīng)，水溶液中質(zhì)子的競(jìng)爭(zhēng)嵌入，電極材料在水溶液中的溶解問題等。
　　經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)和分析，他們從理論和實(shí)驗(yàn)上證實(shí)，在水和氧氣存在下，作為電池負(fù)極的電極材料會(huì)被氧氣氧化是造成水系鋰離子電池容量衰減的主要原因，進(jìn)而通過消除氧（電池密封）和選擇合適的電極材料〔NISCON-type LiTi2（PO4）3負(fù)極和碳包覆Olive-type LiFePO4正極〕，就能大大提高電池的循環(huán)性能，將電池10分鐘倍率從充放電100次容積維持率低于50%提高到了可充放電1000次循環(huán)，容量維持率在90%以上。
　　有關(guān)專家認(rèn)為，該研究解決了此種無污染電池的核心問題，對(duì)如何提高水溶液鋰離子電池的循環(huán)性能提供重要的理論指導(dǎo)。雖然這種電池離真正實(shí)際應(yīng)用還有距離，但這項(xiàng)新成果為此種電池的實(shí)際應(yīng)用提供了明朗的研究方向。