科学家们开发出了一种安全、经济的水性可充电电池，解决了目前储能系统(ESS)中使用的锂离子电池的局限性。他们的创新在于一种由二氧化锰和钯组成的复合催化剂，它能将危险的氢气转化为水，同时保证安全性和性能。这一突破为这些电池在 ESS 和其他行业的商业化打开了大门，为现有技术提供了一种更经济、更安全的替代方案。
今年夏天，地球正在经历极端天气模式，包括严重的热浪和强降雨。在这个充满挑战的时期，采用可再生能源和加强相关基础设施作为保护地球的一项战略比以往任何时候都更为紧迫。然而，由于可再生能源发电的不可预测性，这种方法面临着巨大的挑战，因为它依赖于不确定的变量，如不稳定的天气条件。
因此，对可在需要时储存和供应电力的储能系统(ESS)的需求与日俱增，但目前在ESS中使用的锂离子电池(LIB)不仅价格昂贵，而且容易引发火灾，因此迫切需要开发更便宜、更安全的替代品。
一项创新技术能够安全地将氢气转化为水，提高了电池的安全性。这一进步为更经济、更安全的水性可充电电池的商业化铺平了道路。
水充电电池中氢气产生和在电池内部不断积累的原因。资料来源：韩国科学技术院
水性充电电池的研究进展
韩国科学技术院(KIST)储能研究中心的 Oh, Si Hyoung 博士领导的研究小组开发出了一种高度安全的水性可充电电池，可及时提供符合成本和安全需求的替代品。
尽管可实现的能量密度较低，但水性可充电电池具有显著的经济优势，因为其原材料成本比 LIB 低得多。然而，寄生水分解产生的氢气会导致内部压力逐渐升高，并最终耗尽电解液，这对电池的安全性构成了巨大威胁，给商业化带来了困难。
通过水再生法确保水性充电电池安全的拟议战略。资料来源：韩国科学技术院
克服电池技术中的安全挑战
迄今为止，研究人员经常试图通过安装表面保护层来规避这一问题，以尽量减少金属阳极与电解液之间的接触面积。然而，在大多数情况下，金属阳极的腐蚀和伴随而来的电解液中水的分解是不可避免的，氢气的不断积累会在长期运行中造成潜在的爆炸。
复合催化剂在激活水再生化学反应中的作用。资料来源：韩国科学技术院
为了解决这一关键问题，研究团队开发出了一种由二氧化锰和钯组成的复合催化剂，它能够自动将电池内部产生的氢气转化为水，从而确保电池的性能和安全性。
在正常情况下，二氧化锰不会与氢气发生反应，但加入少量钯后，氢气很容易被催化剂吸收，并再生为水。在装载了新开发的催化剂的原型电池中，电池的内部压力保持在远低于安全限值的水平，而且没有观察到电解质耗竭的现象。
对未来能源存储的影响
这项研究成果有效地解决了水电池中最令人担忧的安全问题之一，为未来 ESS 的商业应用迈出了一大步。用更便宜、更安全的水电池取代锂电池，甚至会引发全球ESS市场的快速增长。
韩国科学技术院的 Oh, Si Hyoung 博士说："这项技术基于内置的主动安全机制，为水性可充电电池量身定制安全策略，通过该机制自动控制风险因素。此外，它还可应用于氢气泄漏是主要安全问题之一的各种工业设施(如氢气站、核电站等)，以保护公众安全。"
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