早上刚刚在高工锂电上看到一篇文章《水基电解液锂电池或将走向实用 无爆炸风险》（链接地址http://www.gg-lb.com/asdisp2-65b095fb-29866-.html），让人感觉有点吃惊,水基锂电八字还没有一撇呢，就放出“走向实用”这样的言论?

标题党的新闻见多了，就想看看究竟是怎么回事。

BING搜索一下,发现有新华社的英文报道，还有一篇美国陆军研究实验室自己发的报道.给后者粗略翻译如下

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## 美国陆军研究实验室, 马里兰大学研究人员开发出不爆炸的水基锂离子电池 ##

ADELPHI, Md. (Sept. 6, 2017)

美国陆军研究实验室和马里兰大学的研究人员首次开发了 *使用水-盐溶液的电解质* 的安全锂离子电池， 这种电压达到4.0V的电池可用于家用电器如笔记本电脑,不会发生目前商业化的非水电解液的锂离子电池可能发生的着火或爆炸。

这项工作发表在2017.9.6的《焦耳》杂志, 一家归属细胞出版社的新的跨学科能源类杂志。

这项技术将给士兵带来 “彻底安全和柔性的锂离子电池，提供与当前最先进的锂离子电池同样高的能量密度。这种电池不会着火和爆炸，在严重的机械滥用的情况下仍保持安全”，共同资深作者许康博士说，他是ARL专门研究电化学和材料科学的成员。

在过去，如果你想得到高能量密度，你就要选择非水锂离子电池，但得你必须在安全性能上妥协。如果你侧重安全性，你可以使用水基电池比如镍氢电池，但是你得面对较低的能量密度这一现实”，许康说，“现在你可以同时得到高能量密度和高安全性”。

这项研究沿续了2015年的一项发表在《Science》的工作(doi: 10.1126/science.aab1595), 他们使用了水基电解质发明了一种接近3.0V 电池,. 但在追求更高电压的过程中受"负极挑战"的影响一直未能成功, 所谓“负极挑战”即电池的一极使用石墨或金属锂材料时,它们会与水基电解液反应导致分解.

为了解决这个问题,实现3V到4V级的跳跃, 第一作者,马里兰大学的助理研究员杨重寅设计了一种新的凝胶聚合物电解质覆盖在石墨负极或锂金属负极表面.这种憎水的涂层排斥了电极表面附近的水分子；并且在首次充电时,分解并形成稳定的中间层, 一种薄的分解产物的混合物,能够分隔固态的负极和液态的电解质.

这种中间层的灵感来自于非水电解质电池内产生的的薄层(即SEI), 它能够进一步保护负极防止其劣化的副反应, 使得电池能够利用人们希望使用的电极材料如石墨或锂金属,以得到更高的能量密度和循环寿命.

"这里关键的创新在于制造出适用的凝胶,能够阻挡水分与负极的接触,所以水不会分解并且能够形成合适的中间层以支持电池的高性能", 马里兰大学James Clark工程分校的化学和生物分子工程教授王春生说. 这种凝胶涂层的加入, 与标准的非水电解液锂离子电池相比, 提升了新电池的安全优势; 与其它方案提供的水基锂离子电池相比,提升了其能量密度. 所有的水基锂电池都受益于水基电解质的不可燃性, 与当前商用非水电解液使用的高度易燃性的有机溶剂性相比(优势明显).然而,独一无二的是, 即使这些中间层损坏(比如说电池壳被刺穿时),它缓慢的与水或锂化石墨反应,防止电池在损坏时,金属接触电解质时,电池出现的冒烟,起火或爆炸等事故.

下一步,研究者们计划提高电池的全功能的循环次数并降低材料成本,"目前, 我们在讨论50-100次循环,但与有机电解质的锂电池相比,我们希望实现500次甚至更多的的循环次数",王春生补充说.

虽然这种新电池的功率密度和能量密度，适合于目前由更危险的非水电解质锂电池占领的商业应用, 仍然需要进行某些提升以使其更具竞争力.特别是, 研究人员希望提升提高电池的全功能的循环次数并降低材料成本，"目前, 我们在讨论50-100次循环,但与有机电解质的锂电池相比,我们希望实现500次甚至更多的的循环次数",王春生说.

研究人员也指出, 这种提升到4V的背后的电化学操控对电池技术和其它领域有重要意义,"这是我们首次稳定了真正活泼的阳极, 像水介质中的(锂化)石墨和金属锂.," 许康说, "这一技术给电化学领域许多不同主题打开了一个宽广的窗口,如钠离子电池,锂硫电池,包括锌和 镁等的多离子化学,甚至电镀和电化学合成,我们都还没有充分的探索."

许康说,这种中间相化学在商用之间还需要完善, 在放大到大电池测试时还有更多的工作要做.有足够的资金的情况下, 这种4V化学体系在5年之后能够商业化.

本工作由美国能源部支持.

Joule, Yang et al.: "4.0 V Aqueous Li-ion Batteries"，   http://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(17)30034-X，    文献索引号 DOI: 10.1016/j.joule.2017.08.009

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从这个报道来看，水溶液电解质能够与锂负极或石墨负极和平共处，这是非常大的突跃，确实令人激动。水的电位窗口只有1.23V，能够承载4V的电压，完全依赖于负极表面的钝化层。文章报道的实现方面，有点象SEI膜的机制，但隔离效果更好，或者换个角度说，这是一种人工涂覆上去的SEI膜。

水分子不能通过，但锂离子（当然是脱溶剂化的水分子之后，溶液中是以溶剂化的锂离子离子存在的）能够通过，比较两者的直径，水分子直径大约在4 Å，锂离子直径为1.18 Å（1Å=0.1纳米）。因此，这种聚合物具有一定的筛分功能，能够阻抗4A左右的水分子，允许1.18A的锂离子通过。理论上讲，这个是可以实现的。这种是否就是“基于聚合物的锂离子筛”概念?

然而，担心的是，因为不是同一种材料，聚合物表层在负极充电后膨胀/收缩时会不停地跟着缩放，最终会不会剥离和断裂，出现较大的孔隙导致水分侵入?这可能是一个新问题。但愿其弹性足够好，即使拉伸时其孔径也不会放水分子进来，即使收缩时孔径变小也不阻挡锂离子通过，这样就万事大吉了。

补充一下,文章的原文在这里有:

http://www.cell.com/joule/fulltext/S2542-4351(17)30034-X

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S254243511730034X