一個(gè)電池原型已經(jīng)設(shè)計(jì)使用鹽水和材料，無毒和快速充電，為新類型的電池鋪平了道路。

新原型背后的設(shè)計(jì)原則，隨著它的充電而改變顏色，也可以應(yīng)用于現(xiàn)有的電池技術(shù)，以創(chuàng)造新的設(shè)備儲(chǔ)能，生物傳感，和智能變色材料。

目前使用最廣泛的電池是鋰離子電池，它具有相對(duì)較高的容量（它們持有大量的電荷），但不能快速放電或充電。 它們還含有有機(jī)電解質(zhì)和其他可能危險(xiǎn)和易燃的材料，這意味著它們需要仔細(xì)處理和處置。

這種新型電池原型是由倫敦帝國理工學(xué)院物理和化學(xué)系的一個(gè)研究小組開發(fā)的，它使用的是特殊設(shè)計(jì)的塑料薄膜和簡單的鹽水。

雖然它所能容納的電荷比傳統(tǒng)的鋰離子電池要少，但原型機(jī)是由聚合物——構(gòu)成塑料的長鏈分子——可以在幾秒鐘內(nèi)充電和放電。 作為它使用的材料的一個(gè)額外的好處，它也改變了顏色，因?yàn)樗潆姡層脩艨梢院苋菀椎刈x出電池的充電狀態(tài)。

該原型機(jī)的詳細(xì)內(nèi)容發(fā)表在《能源與環(huán)境科學(xué)》上，可以為提高現(xiàn)有電池的充電率和毒性鋪平道路，或者為制造全新的電池提供一條道路。

開發(fā)可回收電池

曾在帝國理工學(xué)院物理和化學(xué)系從事該項(xiàng)目的聯(lián)合主要作者Alexander Giovannitti博士說：“我們用來制造電池原型的材料可能以低成本制造，并結(jié)合使用無毒和不易燃的水基電解質(zhì)。 這種方法可以成為開發(fā)可回收電池的可行途徑。

充電時(shí)間較快但容量較低的電池可以有一系列的應(yīng)用，在這些應(yīng)用中，能量需要快速交換，但電池不需要很小，例如當(dāng)汽車制動(dòng)的能量在片刻后被用來加速車輛時(shí)。

在更大范圍內(nèi)，當(dāng)太陽能或風(fēng)能等可再生技術(shù)被用作國家或地方電網(wǎng)的一部分時(shí)，它們只能間歇性地提供能源。 一個(gè)電池系統(tǒng)可以快速儲(chǔ)存這種能量，但也可以在需要時(shí)將其回饋給電網(wǎng)，這對(duì)于保持供應(yīng)穩(wěn)定是有價(jià)值的。

該團(tuán)隊(duì)表示，他們的原型將需要更多的工作來適應(yīng)這些領(lǐng)域，但其設(shè)計(jì)背后的原則可以適用于開發(fā)中的廣泛的儲(chǔ)能設(shè)備。

設(shè)計(jì)新材料

聚合物材料以前曾成功地應(yīng)用于電池中，作為添加劑提供靈活性或作為電解質(zhì)分離正負(fù)極，但它們作為活性材料在電池電極中在水中工作證明具有挑戰(zhàn)性。

突破來自高分子材料的設(shè)計(jì)，這些材料可以從鹽水中吸收和釋放正離子或負(fù)離子，快速和可逆地不降解。 當(dāng)設(shè)備充電時(shí)，這些離子被吸引到相反電荷的電極上。

水基電池由于其無毒性是可取的，但很難使水中的離子與電極可逆交換。

研究小組通過設(shè)計(jì)連接導(dǎo)電聚合物“骨架”的側(cè)鏈來解決這個(gè)問題。 通過使用極性材料作為側(cè)鏈，它們可以產(chǎn)生對(duì)水具有高親和力的電極。

有了這個(gè)原理，他們就能制造出正負(fù)極，能夠容納來自水中的相反離子，而且他們有電池的成分。 由于聚合物骨架已經(jīng)是靈活的-膨脹和收縮，而電池充電和放電-然后不需要添加劑。

在帝國物理系完成這項(xiàng)工作的共同主要作者Davide Moia博士說：“使用鹽水可以消除毒性和易燃性問題，但它并不容易使用，因?yàn)樗梢韵拗颇氵M(jìn)出設(shè)備的能量，而不是其他有機(jī)電解質(zhì)。

“我們現(xiàn)在想測(cè)試這一限制能推多遠(yuǎn)。 我們已經(jīng)用更安全的材料組合來補(bǔ)償較低的性能，但提高性能可以開辟一條通往所有新型可行的儲(chǔ)能裝置的道路，這些裝置也是安全和可持續(xù)的。”

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