在當前全球新能源市場中，鋰電池作為一種應用廣泛的新能源電池類型，擁有完整的產業(yè)鏈，需要確保鋰電池材料供應鏈的穩(wěn)定性和安全性。目前，中國十大鋰離子電池制造商中的領先企業(yè)CATL，由于擁有自己的鋰資源礦，并通過并購、合資和長期協(xié)議，在該行業(yè)建立了競爭壁壘。

 

高壓水性電池用分子擁擠電解質

隨著我國新能源電池產業(yè)發(fā)展的不斷調整，我國新能量電池產業(yè)包括電動汽車電池、摩托車電池等動力電池生產和應用產業(yè)。

除了鋰電池，還有很多類型的新能源電池產業(yè)在不斷發(fā)展，其中就包括水性電池。本文將介紹水性電池的優(yōu)缺點，并分析與鋰離子電池相比，水性電池在市場上是否具有競爭優(yōu)勢。

 

什么是水性電池

水性電池是指使用水作為電解質的二次電池。與有機電解質電池相比，水性電池具有安全性高、環(huán)境友好、離子電導率高等優(yōu)點。

因此，人們對水性電池的興趣激增，以尋求更可靠、更實惠的儲能解決方案。目前商用的水性電池用于交通和電網存儲領域，但無法達到所需的能量密度和循環(huán)壽命。這種限制將隨著新材料系統(tǒng)的發(fā)現和電池設計策略的發(fā)展而改變。

 

 

水性電池的優(yōu)點和缺點

水性電池通常被認為是安全、可靠和負擔得起的，這與鋰離子電池相比是一個優(yōu)勢，鋰離子電池在電解質溶液中使用易燃有機溶劑時不會著火。常規(guī)的水性電池使用的電解質通常含有按重量計超過70%的水，因此通常是不易燃的。

 

優(yōu)點

低成本：水性電池低成本的論點至少源于三個因素：廉價的原材料、對制造環(huán)境的最低要求以及對電池管理和保護系統(tǒng)的有限需求。

安全性和可靠性：雖然水性電池可能不會著火，但水性電池仍然容易受到不當處理的影響，并可能發(fā)生爆炸等災難性事件。過度充電是一種不正確的操作，會不可逆地分解電解質并降低電池性能；

快速動力學：由于高離子離解和低粘度，在同等條件下，含水電解質溶液通常比非水電解質溶液更具導電性。

 

缺點

狹窄的電化學穩(wěn)定性窗口：水具有1.23V的狹窄熱力學電化學穩(wěn)定性窗口，超過該窗口，水被陽極氧化為氧。

水溶液的侵蝕性：水的高極性和強配位能力使其成為溶解和離解的優(yōu)良溶劑。這些特性使水成為電解質的良好成分，但對許多電池組件來說卻是一個問題。

 

 

鋰離子電池與水性電池

生活中最常見的鋰離子電池是磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池，它們具有能量密度高、體積小、重量輕、使用壽命長的優(yōu)點。然而，鋰是一種非?；钴S的金屬，當它遇到極少量的水時，會立即發(fā)生反應。鋰離子電池通常只能在嚴格控制的干燥室內生產；

鋰電池對溫度也非常敏感，通常只能在接近室溫的-20至50°C范圍內穩(wěn)定工作。為了在使用過程中保持電池的健康，還需要根據溫度要求進行操作。

面對尚未解決的安全問題，科學家們將注意力轉向了水性電解質。與目前用于鋰離子電池的有機電解質相比，水性電池電解質的“安全系數”要高得多。不難理解，電池水溶液不易燃，并且您希望在極端條件下使用電池，這大大降低了電池燃燒和爆炸的風險。

水性電池電解質的安全性高、制備條件簡單、成本低一直是其引人注目的優(yōu)點。但水電池的缺點也很突出——窄的電壓窗口限制了電池的能量密度。

例如，鉛酸電池和鎳鎘電池等傳統(tǒng)水電池的電壓為1-2V，能量密度僅為30-50Wh/kg，遠低于有機鋰離子電池（3-4V，150-250Wh/kg）。水性電池的能量密度小于鋰離子電池的1/3，因此使用水性電解質的電池在市場上不具有競爭優(yōu)勢。

 

 

水性電池的未來發(fā)展

盡管現代工具和電池設計很可能已經消除了傳統(tǒng)水電池的局限性，但所引入的權衡也不容忽視。大多數貧水電解質和選擇性膜仍然很昂貴，削弱了水電池的成本優(yōu)勢。

制造多室電池的復雜性和用于陽極的材料，如鋰金屬，增加了成本。差的水性電解質和界面之間的離子傳導與非水性電解質的離子傳導相當，但遠低于水性系統(tǒng)的常規(guī)預期。氧氣循環(huán)的實施在一些電池配置中似乎是有問題的，并且需要穩(wěn)健的電池管理。

不燃性是傳統(tǒng)水性電池的唯一優(yōu)勢，但它在很大程度上得到了保留，電解質、膜和電極都需要不斷改進，才能出現具有商業(yè)影響力的現代水性電池。除了之前概述的策略外，以下緊迫但未充分探索的研究方向：電解質相關問題、定制膜和實用的雙離子電池。