循环可充电 海水电池迎来新突破
海水电池泛指利用海水作为电解质的化学电源。由于海水本身是一种天然的盐溶液，成分满足电池电解质的基本需求，因此海水电池是一种理论上电池结构精简，且无需携带电解质，不会产生重金属污染的新型储能技术，受到了学界的高度关注。并且在海洋探测、水下通信、岛礁供电、应急照明等领域展现出了广阔的应用前景。 然而由于目前使用海水电池的主要场景依旧以海洋环境或需要利用海水作为电解质的特定场景为主，加上海水资源本身足够丰富，因此目前研制的海水电池主要以能够稳定供电的一次性电池为主。这也导致了目前海水电池中存在许多未被解决的技术难题，例如氯离子可逆存储技术，而这些难题限制了可循环海水电池的开发。 而就在近日，海南大学“海洋清洁能源”创新团队针对此实现了技术突破，成功研制出了一种基于天然海水电解液的超长循环寿命、可重复充电的氯离子电池，完成了对可持续水系电池的一次技术革新。 据悉，为了解决氯离子可逆存储技术难题，研究团队通过查阅文献和高通量计算，筛选了10余种潜在的无机氯离子存储材料，并尝试合成其中7种，最终选定高导电性的层状材料MXene作为电池储氯电极。MXene的高导电性能够帮助离子和电子快速传输，稳定的层状结构又能够确保氯离子在材料层间的可逆嵌入和脱出(MXene材料具有氯表面端基，这是一种可调控的表面官能团，可以与海水中的氯离子形成共价相互作用，这是一种弱相互作用，能够实现氯离子的可逆存储)，从而保证了电池的循环性能与循环寿命。 值得一提的是，再实验过程中，研究团队还发现了氯离子对于电池壳体和集流体的腐蚀性同样是限制海水电池性能的原因，因此针对该问题，研究团队修改了设计方案。一方面，电池的集流体选用了更耐氯离子腐蚀的碳纸和钛箔；另一方面，团队优化了连接工艺，并对电池的壳体进行防腐蚀处理。这样重新设计后的海水电池，稳定性和整体性都有了保障。 而在后续的实验中，新的电池不但再性能上表现突出，还能够承受40000次循环测试，证明了其实用性。除此之外，从成本角度来说，由于海水本身资源产量就足够丰富，加上MXene电极材料中不含锂、钴等价格昂贵金属元素，因此这种可循环海水电池绿色无毒的同时，生产成本也不高，符合可持续发展的大环境需求。而我们也有理由期待这项新成果完成落地转化的那一天。
