复旦利用“电位穿越”理论制出水锂电

近日，复旦大学吴宇平教授领导的课题组突破传统旧制，首次提出“电位穿越”理论，并制成了平均充电电压为2.4伏、放电电压为4.0伏的新型水溶液可充锂电池（简称为“水锂电”），这一成果大大突破了水溶液的理论分解电压1.23伏。最新一期《自然》杂志子刊《科学报道》刊发了这一最新研究成果，该成果已引发美国能源研究机构、企业关注。

据了解，传统方法制造的锂电池生产成本较高，且其中有机电解质溶液存在一定安全隐患。业界一般采用“极化”方案(即不断尝试使用新型的材料制作电极)来解决水锂电的核心问题——防止锂离子和水在低电位发生反应。但该方案只能使水锂电所产生的电压最多达2.0伏，且充放电效率低。

吴宇平教授则另辟蹊径，用高分子材料和无机材料制成复合膜，包裹在金属锂外。这层复合膜帮助锂离子的电位在正负极之间“时空穿越”——在它的作用下，质子和水分子无法在低电位下得到电子，就不会在锂离子迁移过程中产生损耗。吴教授打趣说：“你可以把它看成一道‘任意门’，锂离子的电位经过膜，一下就到了负极，然后又直接从负极回到正极，就好像科幻片中，人跨过虫洞可以直接在地球和外太空之间往返。”正因此，课题小组把这一新发现称作“电位穿越”。

据介绍，该包裹复合膜的新型水锂电可大幅降低电池成本，其能量密度比目前普遍采用的有机电解质的动力锂离子电池高出80％，从而使电池充电时间更短，储存电量更多，耐用时间更久。以电动汽车为例，复旦新型水锂电仅需10秒即可完成充电，且能跑上400公里，而其成本仅有传统车用锂电池的一半。目前，该项技术离产业化仅“一步之遥”。

据悉，复旦大学自2005年起就一直在开展水锂电这一国际前沿领域的探索，至2007年，在科技部重大基础研究计划和自然科学基金委的资助下，其研究成果和科研水平开始居于世界先进地位。