3月14日晨，中国电池网-《中国电池》杂志记者得到一个震撼世界锂电池界的消息，中国复旦大学吴宇平博士主导研究的“水锂电”获得重大实验数据：可以使锂电池续航里程达到400公里；由于用水做电解液，安全性大大增强；在理论上能够实现“水锂电”快速充电。在记者直接连线吴宇平博士进行采访时，吴博士表示，“水锂电”虽然还没有得到产业界的证明，但是在实验室条件下，它是锂电发展一个革命性的方向。

在人们的日常生活中，锂电池已经是司空见惯却也必不可少的物品。从手机、电脑到大型机械设备、新能源汽车，可以说现代社会生活的许许多多新奇“装备”是由锂电池驱动的。而前一阶段新能源电动汽车上牌政策的优惠，是电动汽车迎来的产业化发展的新曙光。目前，市场上售卖的电动汽车，主要使用的还是传统锂电池，这些电池的耐用性较差，如荣威E50在60公里等速时续航里程为180公里，绝大多数电动汽车的行驶里程在150-180公里左右。此外，在极端条件下，过度充电、短路等不良使用情况下很容易导致锂离子电池发生起火甚至爆炸。可以说，如何使储能的基础设备——电池更安全、更耐用是制约新能源产业发展的瓶颈。

近日，复旦大学的新型水锂电的最新成果可能为攻克这一难题提供了一种选择。最新一期的国际顶级学术刊物《自然》（Nature）杂志子刊《科学报道》（Sci. Report）刊发了复旦大学吴宇平教授领导的课题组关于水溶液锂电池体系的最新研究成果。吴宇平课题组采用复合膜将金属锂进行包覆，而后将其置于在pH值呈中性的水溶液中，与锂离子电池中传统的正极材料如尖晶石锰酸锂组装，制成了平均充电电压为4.2V、放电电压为4.0V的新型水锂电。这一成果大大突破了水溶液的理论分解电压1.23V。吴教授课题组发明的新型水溶液可充锂电池（简称为“水锂电”）的能量密度（即同样大小、质量的情况下，每单位储存电能的多少）比目前普遍采用的有机电解质的动力锂离子电池要高出了80%。

据吴宇平教授介绍，水锂电是当今锂电池研发的前沿和方向之一，它是用普通的水溶液来替换传统锂电池中的有机电解质溶液。传统的锂离子电池尽管具有诸多优点，并且在民众生活中应用广泛，但是在大型的储能系统中，用传统方法制造的锂电池成本高，对生产条件要求高，并且由于有机电解质的物理化学性质，存在较大的安全隐患，我们迫切需要发展新型的低成本、易大规模生产、安全环保的蓄电池体系。由于水溶液的安全性能高，不会起火，离子导电率高，且成本也低，水锂电已经成为下一代大型储能电池发展的优选方向。

据悉，复旦大学自2005年起就一直在开展水锂电这一国际前沿领域的探索，相关研究成果曾发表在《德国应用化学》、《能源与环境科学》等国际权威的专业刊物上。在我国科技部重大基础研究计划和自然科学基金委的资助下，至2007年复旦大学在新型水锂电方面的研发领域取得了重大进展，研究成果和科研水平开始居于世界先进地位。

在此次发表的最新成果中，复旦大学化学系吴宇平教授所带领的课题组成员研究设计了上述全新的思路，并首次提出了锂离子在该复合膜发生“电位穿越”的理论。

锂电池的主要工作原理，是依靠锂离子在正负电极之间的迁移而产生电流的。这种迁移是在溶液中进行的。但是由于低电位的锂离子会和水溶液发生电化学反应（析出氢，生成氢氧化锂），从而使电池自身发生损耗，不能发生可逆充电，因此水锂电研究要解决的核心问题就是如何防止锂离子和水在低电位发生反应。而采用原有的“极化”（即不断尝试使用新型的材料制作电极）解决方案，只能使水锂电所产生的的电压最多达到2.0V，而且充放电效率低。

吴宇平教授则换了另外一种思路，用高分子材料和无机材料制成复合膜，包裹在金属锂外。而这层复合膜成为了锂离子的电位在正负极之间“时空穿越”的“随意门”和“时光机”——在这个膜的作用下，质子和水分子无法在低电位下得到电子，就不会在锂离子迁移过程中发生析氢或者水的分解。吴宇平教授打趣地说道：“你可以把他形象地想象成锂离子的电位经过膜，一下就到了负极，然后又直接从负极回到正极，就好像科幻片中，人跨过时光门可以直接在地球和外太空之间往返。”因此，吴教授也把这一新发现称作“电位穿越”。据介绍，复旦的包裹复合膜的新型水锂电，可以大幅降低电池的成本，提高其能量密度，从而使电池充电时间更短，储存电量更多，耐用时间更久。该体系计算的实际能量密度大于220 Wh/Kg(瓦时/公斤)，能量效率高达95%，预计装备这一新型水锂电的电动汽车的行驶距离有望达到400公里。

此外，相对于之前非水的有机溶剂与锂盐溶液——这些有机溶剂在过度充电、短路等不良使用情况下很容易导致锂离子电池发生起火甚至爆炸——新型的水锂电采用水溶液作为电解质，阻燃性增强，使电池在使用过程中不容易发烫发热，安全性能和成本较现有的锂离子电池都具有明显的优势。据介绍，时刻存在的安全隐患，无法给消费者100%的信心，已经成为现有电动产品大规模推广的主要阻碍之一。

随着经济的发展，环境污染的日益加剧，不可再生的能源资源不断消耗，人类社会迫切需要提高能源的利用效率，开拓新能源和可再生能源，保证人类的可持续发展，而这些均离不开电化学储能——新型电池。因此，像水锂电这样的电化学储能有望为21世纪具有持续、爆炸式发展潜力的新兴产业。“新型水锂电在生活中可具体应用到各方各面”，吴宇平教授说，“希望水锂电的突破能够最终使消费者对安全放心、对成本接受，解决目前全球踌躇不前的电动汽车产业的主要障碍，为新能源发展为中国和人类社会的支柱产业注入新动力。”

新闻背景：电池发展史简介

从1859年勒克郎谢发明铅酸蓄电池，之后镍-镉电池、钠硫电池、液流电池以及较新的锂离子电池、水溶液可充锂电池（简称水锂电）直到复合超级电容器，一百多年来这个领域的发展一直备受瞩目。当今锂电池的研发和使用是主流，也是科学研究和社会关注的热点。

锂电池（Lithium battery）是指电化学体系中含有锂（包括金属锂、锂合金和锂离子、锂聚合物）的电池，大致可分为两类：锂金属电池和锂离子电池。锂离子电池不含有金属态的锂，并且是可以充电的。最早出现的锂电池来自于伟大的发明家爱迪生，最早应用于心脏起搏器中。其较以前的蓄电池体系而言，具有诸多优点，如放电电压高、能量密度大、自放电低、无记忆效应、环境友好、循环寿命长。之后人们运用各种材料开发出性能各异效能更优的锂电池，并广泛应用于各类数码产品、电动工具，直至航天、军事等领域。但锂离子电池在大型的储能系统中，由于成本高，且对生产条件要求高，因此迫切需要发展新型的低成本、易大规模生产的蓄电池体系。由于水溶液的安全性能高，不会起火，离子导电率高，且成本也低，因此成为大型储能的首选。

吴宇平教授简介

吴宇平（Yupin Wu） 教授，博导。1987-1991年在湘潭大学化学系学习，并分别于1990年、1991年完成了有机化学和高分子化学两个专业学士毕业论文的设计。1994年毕业于中国原子能科学研究院，获工学硕士学位。1997年毕业于中国科学院化学研究所，获理学博士学位。1997-1999年在清华大学从事博士后研究工作。1999-2001在日本科学技术振兴事业团（JST）的资助下到日本早稻田大学应用化学系工作，并担任客员研究员。2001-2003年在德国洪堡基金委的资助下到开姆尼兹工业大学作访问学者。2003年8月作为优秀人才引进到复旦大学化学系，聘为教授。

目前已在国际、国内核心刊物上已经发表了论文近200篇，其中SCI刊物150多篇。并在国际、国内会议和高校等场合作邀请报告或演讲100多次。申请中国发明专利30多项，其中20项已经获得了授权。

目前的主要研究领域：嵌入（插入，intercalation）电极反应动力学；固体电解质；固态锂离子电池；纳米材料在储能材料中的应用；微型电池及其材料制备。