“提高能源利用效率，開(kāi)拓新能源和可再生能源，都離不開(kāi)電化學(xué)儲(chǔ)能――新型電池。”課題組負(fù)責(zé)人、復(fù)旦化學(xué)系教授吳宇平介紹，由于鋰金屬的化學(xué)特性非常活潑，此前科學(xué)家將其作為負(fù)極材料，通過(guò)鋰的氧化還原反應(yīng)進(jìn)行充電放電。目前常用的鋰電池中一般使用非水的有機(jī)電解質(zhì)溶液作為介質(zhì)，讓電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中電子可以穿梭往來(lái)。

傳統(tǒng)方法制造的鋰電池生產(chǎn)成本較高，且其中有機(jī)電解質(zhì)溶液存在一定安全隱患。但難題擋在所有人面前――鋰電池依靠鋰離子通過(guò)介質(zhì)溶液，在正負(fù)電極間的遷移而產(chǎn)生電流，但由于低電位的鋰離子會(huì)和水溶液發(fā)生的電化學(xué)反應(yīng)，結(jié)果析出氫，生成氫氧化鋰，使電池自身產(chǎn)生損耗，無(wú)法進(jìn)行可逆充電。

復(fù)旦研究人員獨(dú)辟蹊徑，用高分子材料和無(wú)機(jī)材料制成復(fù)合膜，包裹在金屬鋰外。這層復(fù)合膜幫助鋰離子的電位在正負(fù)極之間“時(shí)空穿越”――在它的作用下，質(zhì)子和水分子無(wú)法在低電位下得到電子，就不會(huì)在鋰離子遷移過(guò)程中產(chǎn)生損耗。吳教授打趣說(shuō)：“你可以把它看成一道‘任意門’，鋰離子的電位經(jīng)過(guò)膜，一下就到了負(fù)極，然后又直接從負(fù)極回到正極，就好像科幻片中，人跨過(guò)蟲(chóng)洞可以直接在地球和外太空之間往返。”正因此，課題小組把這一新發(fā)現(xiàn)稱作“電位穿越”。

據(jù)介紹，包裹復(fù)合膜的新型水鋰電，可以大幅降低電池的成本，提高其能量密度，使充電時(shí)間更短，儲(chǔ)存電量更多，更耐久、更穩(wěn)定。這一技術(shù)制造的新型鋰電池，能量效率高達(dá)95%，它的能量密度――即同樣大小、質(zhì)量的情況下單位儲(chǔ)存電能，比目前普遍采用有機(jī)電解質(zhì)的鋰離子電池高出80%。研究人員介紹，預(yù)計(jì)裝備這一新型水鋰電的電動(dòng)汽車，滿電狀態(tài)下行駛距離可達(dá)400公里，而充電時(shí)間僅10秒鐘左右;如應(yīng)用于筆記本電腦、手機(jī)，待機(jī)時(shí)間可增加一倍以上。

據(jù)悉，這項(xiàng)研究發(fā)表在最新一期《自然?科學(xué)報(bào)道》雜志，已引發(fā)美國(guó)能源研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)關(guān)注。不過(guò)，吳宇平更希望與國(guó)內(nèi)企業(yè)聯(lián)手合作，推動(dòng)新技術(shù)盡早產(chǎn)業(yè)化。復(fù)旦大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)“電位穿越”技術(shù)，大幅提升鋰電池性能，為解能源緊缺問(wèn)題另辟蹊徑。