澳洲华裔教授研发水系电池 向更安全环保的储能电池迈进

上周，新州消防员一天内就处理了四起锂离子电池引发的火灾。今年以来，仅新州每周就有近六起锂离子电池引起的火患。其安全性备受关注。皇家墨尔本理工大学华裔教授和其研究团队研发了水系电池, “主打一个安全”。那么这种创新电池是否能成为未来环保经济的储能电池的代表呢？

要点：

• 据报道，去年澳大利亚发生1000多起由锂离子电池引起的火灾；
• 墨尔本华裔教授介绍，其团队新研发的水系电池使用的“中性水溶液安全而且对环境无污染”；
• 以水系电池、钠离子电池等为代表的各种新型电池研发可能为未来带来更安全环保的能源储存方式，但是能否广泛推广犹未可知。

据报道，去年澳大利亚发生1000多起由锂离子电池引起的火灾，其安全性备受关注。澳大利亚竞争和消费者委员会（ACCC）在去年10月5日发布报告《锂离子电池与消费品安全》，就锂离子电池的火灾风险向消费者发出警告。

不久前，新州发生一起与锂离子电池有关的火灾。新州消防与救援局(FRNSW) 提到，这可能是新州首例与锂离子电池相关的火灾死亡事件。

就在上周四（3月14日）， 新州消防员一天之内就处理了四起锂离子电池火灾。起火的电池来自于电动自行车、电动汽车充电站、园艺工具和一辆垃圾车中的松动的电池。

锂离子电池的安全问题日益受到关注。

专业人士认为，目前除了增加锂离子电池的安全性和回收效率，各种新型电池的研发将会带来更为环保安全的储能方式。

新型水系电池“主打安全”

皇家墨尔本理工大学（RMIT）大学的马天翼教授主要研究方向是清洁能源的捕获、转化和储存，尤其是电池的存储。其中一项新技术是用“水”来代替电池中的有机电解质，被他称为水系电池。

墨尔本皇家理工大学理学院化学系马天翼教授 Credit: supplied

他认为这种水系电池具有“低生产成本”、“安全”和“不污染环境”等特点。

“锂离子电池虽然它有许多优势，比如能量密度大，但是也伴随着许多安全隐患，比如容易热失控和短路。电子产品短路就会过热、着火，”马天翼教授说。

马天翼表示，被穿洞的水系电池没有爆炸或者着火的危险。 Credit: SBS/ Shan Kou

这是我们水系电池安全性的一个证明。 当我们把这个电池用外力撞开一个洞的时候，即使里面电解质有泄漏，它也不污染环境，也不会燃烧或者爆炸。

马天翼

马天翼介绍，新研发的纽扣类水系可充电池跟普通纽扣电池在外观上没有区别，里面有像“三明治”一样的结构，其中纳米电极材料是其核心科研技术。

“水系电池的‘水’是中性的水溶液。跟以往的铅酸电池中的强酸和锂电池中的有机电解液不同，”他说，“这种中性水溶液安全而且对环境无污染，可以大大提高这种电池的回收和再利用率。”

我们水系电池就是主打一个安全。

马天翼

在普通实验室空气环境下，他把电极、电极材料、隔膜和水性电解液封装，向SBS中文演示了一个初步组装的过程。

他指出， 在空气中的拆卸和组装是锂离子电池“暂时做不到的”。

“相比锂离子电池的密闭生产，新型电池生产工艺环境的简单化会进一步降低生产成本，”他解释。

马天翼教授所制作的水系电池跟锂离子电池结构对比图。Credit: Dr. Tianyi Ma

澳大利亚联邦科学与工业研究组织(CSRIO)网站显示，2021年在澳大利亚只有10%的废弃锂离子电池被回收利用，相较之下, 99%的传统铅酸电池都可以被回收。锂离子电池废弃物每年增长20%，到2036年可能超过13.6万吨。

锂离子电池的废弃回收问题迫在眉睫。

存安全隐患且回收率低 锂电池为何仍在使用？

选择锂离子电池的主要原因，马教授说，是因为“锂离子是半径最小的一个金属元素，它的能量密度最大”。

他表示，新型水系电池跟传统铅酸电池一样，能量密度大概只能达到锂离子电池的1/4至1/3的水平，所以他认为短期内水系电池没有办法代替锂离子电池，尤其是在动力电池的应用方面。

要让一辆电动汽车跑500公里，需要一个在很小的空间内储存非常大的能量的高能量密度电池，现在最好的选择还是锂电池。

马天翼

伍伦贡大学 (University of Wollongong) 荣休教授 (Emeritus Professor)、澳大利亚工程学院院士刘化鹍在接受SBS中文采访时也表示，锂是一种很轻的元素，非常适合动力电池。

“过去CSIRO科学家也研究过用铅酸电池来作为电动汽车能源，但是因为电池体积过于庞大而没有继续，”她说。

澳大利亚工程院院士、澳大利亚伍伦贡大学荣休教授刘化鹍 Credit: supplied

澳大利亚竞争与消费者委员会（ACCC）的《锂电池和消费品安全》报告提到， 锂离子电池是目前低压电池产品中最经济、高效的电池。目前市场上有一些标准锂离子电池的替代品。除了潜在的安全优势，这些替代技术也存在一些缺点，如与标准锂离子电池相比，锂聚电池更昂贵、寿命更短。

马天翼教授说：“人们离不开锂离子电池。只要遵从电池的正确使用规则和管理，远离极端温度和潮湿环境，大部分锂离子电池，尤其是用在个人小型设备中的那些电池的安全性会比较稳定。”

他认为未来锂离子电池还有非常好的发展前景。

目前针对锂离子电池的科研热点之一就是把其中的液态有机电解质换成固态电解质。2023年《自然通讯》的一篇题为《以锂为技术基础的电池未来发展的非学术观点》的文章指出：“汽车行业正在强烈推动有机或者无机‘固态电池’，可以说是10年来备受瞩目的技术之一。”

刘化鹍教授指出，不止水系电池，目前也有其他许多环保新能源电池的研发工作都在开展中。

她举例子说：“钠离子电池目前已在中国一些厂家投入生产。因为氯化钠，也就是人们所说的‘盐’，是可以从海水中直接提取的非常廉价的原材料。而且钠离子电池的安全性相比锂离子电池也会高出很多。”

但是不论是钠离子电池还是水系电池，她认为目前各种新型电池可能都没办法直接替代锂离子电池在动力能源的应用。

马天翼教授实验室中测试过的水系可充纽扣电池 Credit: SBS /Shan Kou

未来电池产业发展应该是百花齐放，不同的电池可以针对不同的应用场景。

马天翼

“基于锂离子技术的不管是固态的还是液态电解质的，它有高能量密度，更适用于动力电池小空间高能存储，比如电动汽车。 而水系电池还有一些其他流体电池，能量密度低，造价便宜，适用于工业大规模能量存储，比如风电场和太阳能电厂，”马天翼解释。

两位专家都认为，基于锂离子技术的电池市场已经较为成熟，新型电池即使研发成功，能否推广到公众广泛使用还需要比较复杂的商业过程和协议。

“生产出来的钠离子新型电池，有没有买家很难说。可能需要和锂离子电池厂商合作，”刘化鹍说。

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