东芝已经开发出一种新型的可充电锂离子电池的原型,该锂离子电池使用水作为水性电解质。这款新电池没有任何易燃的有机溶剂,因此即使在-30°C的低温下也可以工作,即使在着火的情况下,长期使用也显示出低风险。它还具有2,000次充放电循环的高耐用性,使其可以用于许多大容量储能应用。
可从太阳和风等可再生能源获得的能量会随着一天中的时间,天气,季节和位置而波动。如果要从这些可再生能源中获得稳定的电源,我们需要大型固定电池,这些电池可以在可用时存储该能量,并在需求时提供能量。这些大型电池通常是能量密度高的锂离子可充电电池(LIB)。但是,这些LIB电池的缺点是它们使用易燃的有机溶剂来实现高能量密度。这是一个主要的安全问题,因此不允许将这些大型蓄电池用于需要高安全等级的应用中。
东芝以前的SCiB电池通过用不易燃的钛酸锂(LTO)代替普通的石墨阳极,提高了安全性能。现在,该公司通过开发使用水性电解质的电池进一步提高了安全性。 LTO保护电池不受冲击和振动的影响,而水性电解质则可确保在安装位置起火时的安全性。这一进步既简化了安装过程中必要的安全措施,又扩大了可以安装系统的位置范围。现在可以考虑在居民区附近和办公楼内部安装,这将有助于大规模使用大型蓄电池。
迄今为止,水性电池的问题在于,随着时间的流逝,水性电解质的电解会降低电池和循环性能。东芝通过将固体电解质隔板和高浓度锂盐电解质结合在一起的新型电池结构克服了这一问题。这种方法可以防止氢离子(水分子)从阴极迁移到阳极,从而抑制了电解过程,如主图所示。通过将充电和放电循环数增加到2,000多个,比当前的技术高出10倍,从而增强了性能,同时还实现了2.4V的高电压,适用于水性电池。
新电池采用了一种不会在低温下冻结的水性电解质,可在低至-30°C的温度下实现充电和放电。另一个优点是,水性电解质不仅可提高操作安全性,而且有望降低成本通过简化制造设施。东芝将进一步推进水性电池的研究与开发,以期尽早提供样品。