科學(xué)：半液體電池與鋰離子電池和超級電容器相比具有競爭力！

（Phys.org）-由德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的研究人員開發(fā)的一種新的半液體電池，展現(xiàn)了令人鼓舞的早期結(jié)果，包含了最先進(jìn)的儲能設(shè)備所需的許多功能。特別地，新電池具有與鋰離子電池類似的工作電壓，功率密度與超級電容器的功率密度相當(dāng)，并且即使在以非常高的速率充電和放電時(shí)也能保持其良好的性能，由YuihuaYu助理教授和UTAustin的YuDing和YuZhao領(lǐng)導(dǎo)的研究人員在最近一期NanoLetters上發(fā)表了關(guān)于新型無膜半流體電池的論文。研究人員解釋說，電池被認(rèn)為是“半流體”，因?yàn)樗褂靡簯B(tài)二茂鐵電解質(zhì)，液體陰極和固體鋰陽極，我們工作的最大意義在于我們設(shè)計(jì)了一種基于新化學(xué)的半液體電池，”Yu告訴Phys.org。“電池具有出色的倍率性能，幾乎可在一分鐘內(nèi)完全充電或放電，同時(shí)保持良好的能源效率和合理的能量密度，代表了一種具有高能量密度和功率密度的有希望的原型液體氧化還原電池，用于儲能。

該電池專為電池技術(shù)的兩大領(lǐng)域應(yīng)用而設(shè)計(jì)：混合動力電動汽車和可再生能源的儲能，如上圖所示，電池的高功率密度（1400W/L）和良好的能量密度（40Wh/L）使其處于獨(dú)特的有利位置，將功率密度與當(dāng)前超級電容器的功率密度相結(jié)合。能量密度與最先進(jìn)的氧化還原液流電池和鉛酸電池相當(dāng)，但略低于鋰離子電池。這種組合對于電動車輛尤其具有吸引力，其中功率密度對應(yīng)于最高速度和對于每次充電的車輛范圍的能量密度，研究人員還在他們的論文中報(bào)告說，新電池具有高容量（137mAh/g）和500次循環(huán)的高容量保持率80％。

研究人員將電池的良好性能歸功于其液體電極設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了高速率，這基本上可以衡量電池的運(yùn)行速度。與固體電池相比，離子可以非常快速地移動通過液體電池，并且在該特定電池中，電子在電極之間轉(zhuǎn)移的氧化還原反應(yīng)也以非常高的速率發(fā)生。為了比較，用于測量這些速率（擴(kuò)散系數(shù)和反應(yīng)常數(shù)）的值在新電池中比在大多數(shù)傳統(tǒng)液流電池中大幾個數(shù)量級，盡管到目前為止電池看起來非常有前景，但研究人員指出，仍需要做更多的工作，尤其是鋰陽極。

在長期穩(wěn)定性和安全性方面，這種電池的潛在弱點(diǎn)是鋰陽極，”Yu說。“需要更先進(jìn)的鋰陽極保護(hù)來完全抑制自放電。我們認(rèn)為，只要電解質(zhì)兼容性得到解決，其他金屬如鋅和鎂也可以作為這種電池的陽極。我們還期望其他有機(jī)金屬化合物具有多價(jià)態(tài)的金屬中心（氧化還原中心）也可以起到陽極的作用，最終使電池充滿液體，未來，研究人員計(jì)劃在實(shí)際操作條件下測試電池的長期耐久性，尤其是鋰陽極。此外，研究人員希望找到一種方法來提高二茂鐵的溶解度，以進(jìn)一步提高能量密度，以與現(xiàn)有的鋰離子電池競爭，同時(shí)保持其非常高的功率密度。