电位穿越技术

同等体积手机电池电量增加一倍？电动车10秒钟充电可跑400公里？这些梦想或可成真。近日，复旦大学研究团队成功研发“电位穿越”技术，大幅提升锂电池性能，为解能源紧缺问题另辟蹊径。
“提高能源利用效率，开拓新能源和可再生能源，都离不开电化学储能——新型电池。”课题组负责人、复旦化学系教授吴宇平介绍，由于锂金属的化学特性非常活泼，此前科学家将其作为负极材料，通过锂的氧化还原反应进行充电放电。目前常用的锂电池中一般使用非水的有机电解质溶液作为介质，让电化学反应过程中电子可以穿梭往来。
然而，传统方法制造的锂电池生产成本较高，且其中有机电解质溶液存在一定安全隐患。近年来全球科学家都在探索，锂电池中的介质溶液能否用离子导电率更高的水来代替？难题挡在所有人面前——锂电池依靠锂离子通过介质溶液，在正负电极间的迁移而产生电流，但由于低电位的锂离子会和水溶液发生的电化学反应，结果析出氢，生成氢氧化锂，使电池自身产生损耗，无法进行可逆充电。
复旦研究人员独辟蹊径，用高分子材料和无机材料制成复合膜，包裹在金属锂外。这层复合膜帮助锂离子的电位在正负极之间“时空穿越”——在它的作用下，质子和水分子无法在低电位下得到电子，就不会在锂离子迁移过程中产生损耗。吴教授打趣说：“你可以把它看成一道‘任意门’，锂离子的电位经过膜，一下就到了负极，然后又直接从负极回到正极，就好像科幻片中，人跨过虫洞可以直接在地球和外太空之间往返。”正因此，课题小组把这一新发现称作“电位穿越”。
据介绍，包裹复合膜的新型水锂电，可以大幅降低电池的成本，提高其能量密度，使充电时间更短，储存电量更多，更耐久、更稳定。
据实验测算，这一技术制造的新型锂电池，能量效率高达95%，它的能量密度——即同样大小、质量的情况下单位储存电能，比目前普遍采用有机电解质的锂离子电池高出80%。研究人员介绍，预计装备这一新型水锂电的电动汽车，满电状态下行驶距离可达400公里，而充电时间仅10秒钟左右；如应用于笔记本电脑、手机，待机时间可增加一倍以上。