无毒盐水电池原型可以在几秒内充电

一个电池原型已经设计使用盐水和材料，无毒和快速充电，为新类型的电池铺平了道路。

新原型背后的设计原则，随着它的充电而改变颜色，也可以应用于现有的电池技术，以创造新的设备储能，生物传感，和智能变色材料。

目前使用最广泛的电池是锂离子电池，它具有相对较高的容量（它们持有大量的电荷），但不能快速放电或充电。 它们还含有有机电解质和其他可能危险和易燃的材料，这意味着它们需要仔细处理和处置。

这种新型电池原型是由伦敦帝国理工学院物理和化学系的一个研究小组开发的，它使用的是特殊设计的塑料薄膜和简单的盐水。

虽然它所能容纳的电荷比传统的锂离子电池要少，但原型机是由聚合物——构成塑料的长链分子——可以在几秒钟内充电和放电。 作为它使用的材料的一个额外的好处，它也改变了颜色，因为它充电，让用户可以很容易地读出电池的充电状态。

该原型机的详细内容发表在《能源与环境科学》上，可以为提高现有电池的充电率和毒性铺平道路，或者为制造全新的电池提供一条道路。

开发可回收电池

曾在帝国理工学院物理和化学系从事该项目的联合主要作者Alexander Giovannitti博士说：“我们用来制造电池原型的材料可能以低成本制造，并结合使用无毒和不易燃的水基电解质。 这种方法可以成为开发可回收电池的可行途径。

充电时间较快但容量较低的电池可以有一系列的应用，在这些应用中，能量需要快速交换，但电池不需要很小，例如当汽车制动的能量在片刻后被用来加速车辆时。

在更大范围内，当太阳能或风能等可再生技术被用作国家或地方电网的一部分时，它们只能间歇性地提供能源。 一个电池系统可以快速储存这种能量，但也可以在需要时将其回馈给电网，这对于保持供应稳定是有价值的。

该团队表示，他们的原型将需要更多的工作来适应这些领域，但其设计背后的原则可以适用于开发中的广泛的储能设备。

设计新材料

聚合物材料以前曾成功地应用于电池中，作为添加剂提供灵活性或作为电解质分离正负极，但它们作为活性材料在电池电极中在水中工作证明具有挑战性。

突破来自高分子材料的设计，这些材料可以从盐水中吸收和释放正离子或负离子，快速和可逆地不降解。 当设备充电时，这些离子被吸引到相反电荷的电极上。

水基电池由于其无毒性是可取的，但很难使水中的离子与电极可逆交换。

研究小组通过设计连接导电聚合物“骨架”的侧链来解决这个问题。 通过使用极性材料作为侧链，它们可以产生对水具有高亲和力的电极。

有了这个原理，他们就能制造出正负极，能够容纳来自水中的相反离子，而且他们有电池的成分。 由于聚合物骨架已经是灵活的-膨胀和收缩，而电池充电和放电-然后不需要添加剂。

在帝国物理系完成这项工作的共同主要作者Davide Moia博士说：“使用盐水可以消除毒性和易燃性问题，但它并不容易使用，因为它可以限制你进出设备的能量，而不是其他有机电解质。

“我们现在想测试这一限制能推多远。 我们已经用更安全的材料组合来补偿较低的性能，但提高性能可以开辟一条通往所有新型可行的储能装置的道路，这些装置也是安全和可持续的。”

进一步探索

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