科学家提出了一种用于金属离子电池的新型环保水性电解质

一个由 MIEM HSE 代表参与的俄罗斯研究人员团队创造了基于饱和盐溶液的有效水性电解质。电解质表现出高导电性和电化学稳定性，无毒盐的消耗量较低，这使得基于它们的系统比传统的非水电池便宜得多。

该研究发表在《物理化学杂志》C 上。电解质是其熔体或溶液导电的物质。它们用于电池，将化学反应产生的能量转化为电能。通常，金属离子电池的电解质由溶解在有机化合物（碳酸二甲酯、碳酸亚乙酯等）中的碱金属盐组成。

但在过去十年中，水性电解质变得流行起来：与有机电解质不同，它们不需要彻底干燥起始材料，也不需要装配室内的超低湿度。

“从实用的角度来看，用水性介质代替有机溶剂将降低生产成本并提高此类设备的安全性，” HSE MIEM 应用数学系研究员 Sergey Doronin解释说。

但是使用含水电解质有一个问题——水的高电化学活性。电极上发生析氧和析氢的副反应，导致电极材料快速降解和电池失效。因此，合适电极的选择受到限制，基于水性电解质的电池的能量容量仍然很低。

解决含水电解质能耗低的问题的一种方法是使用饱和盐溶液。该文章的作者提出了两种解决方案：基于丙酸钠（丙酸盐）和基于甲酸盐（甲酸盐）锂和钾的混合物。这些是简单的盐，不含氟和重元素，这使得它们比已知的电解质更环保。这些盐类的用量较少，而电导率值较高。这是此类溶液作为水电池或超级电容器电解质的首次应用。

饱和盐溶液增加了电位窗口——决定电解质稳定性的最重要特性。反过来，电解质电位窗口的增加使得选择具有最高电位差的电极材料成为可能，这导致电池的功率和电荷增加。根据最保守的估计，在 1.5 – 2.5 伏的电解质电位窗口和使用现代电极的情况下，有可能达到现代铅电池水平的能量容量。

研究人员在当今电池中使用的几种商业电极材料上测试了电解质。它们表现出良好的充电性能。

“我希望，我们的发展将刺激科学界寻找新的电解质系统。它可用于各种绿色化学和能源项目，有助于解决回收问题并创造生产环保能源的新技术，”Sergey Doronin 评论道。