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   近日，最新一期《自然》（Nature）雜志子刊《科學(xué)報道》（Sci. Report）刊發(fā)了復(fù)旦大學(xué)吳宇平教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組關(guān)于水溶液鋰電池體系的最新研究成果。吳宇平課題組采用復(fù)合膜將金屬鋰進(jìn)行包覆，而后將其置于pH值呈中性的水溶液中，與鋰離子電池中傳統(tǒng)的正極材料如尖晶石錳酸鋰組裝，制成了平均充電電壓為4.2V、放電電壓為4.0V的新型水鋰電。這一成果大大突破了水溶液的理論分解電壓1.23V。吳教授課題組發(fā)明的新型水溶液可充鋰電池（簡稱為“水鋰電”）的能量密度（即同樣大小、質(zhì)量的情況下，每單位儲存電能的多少）比目前普遍采用的有機電解質(zhì)的動力鋰離子電池要高出了80%。
    據(jù)吳宇平教授介紹，水鋰電是當(dāng)今鋰電池研發(fā)的前沿和方向之一，它是用普通的水溶液來替換傳統(tǒng)鋰電池中的有機電解質(zhì)溶液。傳統(tǒng)的鋰離子電池盡管具有諸多優(yōu)點，并且在民眾生活中應(yīng)用廣泛，但是在大型的儲能系統(tǒng)中，用傳統(tǒng)方法制造的鋰電池成本高，對生產(chǎn)條件要求高，并且由于有機電解質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)，存在較大的安全隱患，我們迫切需要發(fā)展新型的低成本、易大規(guī)模生產(chǎn)、安全環(huán)保的蓄電池體系。由于水溶液的安全性能高，不會起火，離子導(dǎo)電率高，且成本也低，水鋰電已經(jīng)成為下一代大型儲能電池發(fā)展的優(yōu)選方向。

   據(jù)悉，復(fù)旦大學(xué)自2005年起就一直在開展水鋰電這一國際前沿領(lǐng)域的探索，相關(guān)研究成果曾發(fā)表在《德國應(yīng)用化學(xué)》、《能源與環(huán)境科學(xué)》等國際權(quán)威的專業(yè)刊物上。在我國科技部重大基礎(chǔ)研究計劃和自然科學(xué)基金委的資助下，至2007年復(fù)旦大學(xué)在新型水鋰電方面的研發(fā)領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展，研究成果和科研水平開始居于世界先進(jìn)地位。
    在此次發(fā)表的最新成果中，復(fù)旦大學(xué)化學(xué)系吳宇平教授所帶領(lǐng)的課題組成員研究設(shè)計了全新的思路，并首次提出了鋰離子在該復(fù)合膜發(fā)生“電位穿越”的理論。鋰電池的主要工作原理，是依靠鋰離子在正負(fù)電極之間的遷移而產(chǎn)生電流的。這種遷移是在溶液中進(jìn)行的。但是由于低電位的鋰離子會和水溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)（析出氫，生成氫氧化鋰），從而使電池自身發(fā)生損耗，不能發(fā)生可逆充電，因此水鋰電研究要解決的核心問題就是如何防止鋰離子和水在低電位發(fā)生反應(yīng)。而采用原有的“極化”（即不斷嘗試使用新型的材料制作電極）解決方案，只能使水鋰電所產(chǎn)生的的電壓最多達(dá)到2.0V，而且充放電效率低。