无毒盐水电池原型可以在几秒钟内充电

利用盐水和无毒、快速充电的材料设计了电池原型，为新型电池铺平了道路。

新原型的设计原理在充电时会改变颜色，也可以应用于现有的电池技术，以创造新的能源储存装置、生物传感装置和智能变色材料。

我们用来制作电池原型的材料可能会以低成本制造，并结合使用无毒和不可燃的水基电解质。

目前使用最广泛的电池是锂离子电池，它的容量相对较高（它们能承受大量的电荷），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有害和易燃的材料，这意味着它们需要小心处理和处置。

伦敦帝国理工学院物理和化学系的一组研究人员开发了新的电池原型，用特殊设计的塑料薄膜和简单的盐水代替。

虽然它比传统的锂离子电池能保持更少的电量，但由聚合物制成的原型，由组成塑料的长分子链组成，可以在几秒钟内充放电。作为它所使用材料的一个额外好处，它在充电时也会改变颜色，给用户一种简单的方法来读出电池的充电状态。

利用盐水和无毒、快速充电的材料设计了电池原型，为新型电池铺平了道路。

上面的视频显示电池原型正在充电和放电。当它被充电时，正电极（左）从深蓝色变为透明，而负电极（右）从绿色变为棕色变为钢灰色。

该原型的详细资料发表在《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，也可以为制造全新的电池提供一条道路。

开发可回收电池

共同的主要作者亚历山大吉奥万尼蒂博士在帝国理化系从事这一项目，他说：“我们用来制作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性电解质。这种方法可能是开发可回收电池的可行途径。”

充电时间更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，当汽车制动产生的能量稍后用于加速车辆时。

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。一个能够快速储存这种能量，但在需要时也能将其送回电网的电池系统在保持供电稳定方面是很有价值的。

该团队说，他们的原型需要更多的工作来适应这些领域，但其设计原则可能适用于开发中的各种储能装置。

设计新材料

聚合物材料以前被成功地用于电池中，作为提供灵活性的添加剂，或作为分离正电极和负电极的电解质，但它们在水下操作的电池电极中作为活性材料的应用已被证明具有挑战性。

这一突破来自于聚合物材料的设计，该材料能够从盐水中吸收和释放正负离子，并且能够快速可逆地不降解。当设备充电时，这些离子被吸引到相反电荷的电极上。

我们已经用更安全的材料组合来补偿性能低下的问题，但提高性能可能会开辟一条通向安全和可持续的新型可行储能装置的道路。

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进行可逆交换。

研究小组通过设计侧链来连接导电聚合物的“主干”来解决这个问题。通过使用侧链的极性材料，他们可以制造出与水具有高亲和力的电极。

根据这一原理，他们能够制造出正负电极，它们可以承载与水相反的离子，而且它们还有电池的成分。由于聚合物骨架已经具有弹性——在电池充电和放电时膨胀和收缩——因此不需要添加剂。

共同的主要作者戴维德·莫伊博士在帝国物理系完成了这项工作，他说：“与其他有机电解质相比，使用盐水可以消除毒性和可燃性问题，但它并不容易使用，因为它可以限制你进出设备的能量。

“我们现在想测试这个限制能被推到什么程度。我们已经用更安全的材料组合来补偿性能下降，但提高性能可能会开辟一条通向安全和可持续的新型可行储能装置的道路。”