中国科学家发现新型水性聚合物钠电池 可在水中或低温下运行

据外媒报道，中国科学院上海硅酸盐研究所（Shanghai Institute of Ceramics of the Chinese Academy of Sciences）的研究人员提出了一种新型的“水包离子凝胶（water-in-ionogel）”水性聚合物电解质。该电解质具有高操作电池电压、高水含量和低盐浓度，可在低温下运行。

图片来源：中国科学院上海硅酸盐研究所

电动汽车和柔性电子产品正处于蓬勃发展的新时期，迫切需要一种安全、高能和可持续的电池，可承受撞击和弯曲，甚至可在水中浸泡，以及在零度以下的环境中工作，同时保持电化学性能。

在各种储能技术中，具有不可燃水系电解质的水系可充电钠离子电池具有安全、无毒和低成本等固有优势，使得人们对储能系统非常感兴趣。

由于其在低温下盐析、高凝固点和电解质-电极界面界面层的缓慢电荷传输动力学，传统的“盐包水”电解质具有高浓度的氟化盐和分子拥挤的水性电解质，通过将水分子限制在拥挤的聚乙二醇（PEG）网络中，具有较差的低温性能。

在这项研究中，共聚PEG衍生的聚（乙二醇）甲基醚甲基丙烯酸酯（PEGMA）和双酚A乙氧基化二甲基丙烯酸酯（BEMA）中的水形成交联凝胶，从而通过改变氢键生成防冻固体电解质。

此外，在PEGMA-BEMA体系中引入一种典型的电解质添加剂氟代碳酸亚乙酯，形成OH…F键，削弱水溶液中的H键网络，从而降低凝固点，并构建固体电解质界面，以在低温下进行离子扩散。

研究人员表示，由锰基阴极和硬碳阳极组成的聚合物水性钠离子全电池可以提供高能量密度。

更重要的是，这种环保的水性聚合物电池可以自由密封，成为一种超薄、轻质的电池，并且在弯曲、切割、浸水或着火等恶劣条件下也能发挥良好的性能。

这是首次尝试实现可在低温运行的高压水性电解质。未来，研究人员将致力于改善离子凝胶电解质中水的电压窗口和传输特性，以实现低成本、可持续的能量存储，即使是在零度以下或水中。