鋰離子電池已成為現代人各種隨身電子裝置的電力來源，不過其危險性依然存在。若然電子裝置設計不良，或是電池遭破壞而發生短路，便有機會起火爆炸，為家居和航空運輸帶來風險，例如三星手機、波音787客機以往曾發生鋰離子電池起火事故。
由香港中文大學（中大）機械與自動化工程學系副教授盧怡君教授領導的研究團隊，利用護膚霜常用成分研發出新款的水系鋰離子電池電解液，其成本低、不易燃且毒性低，令電池在不影響容量和效能下更安全使用。從今，手機使用者不再需要擔憂使用手機時因電池起火而被燒傷。
傳統有機電解液有起火風險，近年科學界便研究以水系電解液取而代之。不過，水系鋰離子電池的電壓和能量密度受到水電解限制，當電壓高於 1.23伏特，水分子便會分解為氫氣和氧氣，令電池運行和電壓輸出不穩定。盧教授說：「現時有研究希望透過使用高濃度鋰鹽來穩定水分子，以增加電壓，但高濃度鋰鹽又重又貴，更會影響生態環境。」
其後團隊就想到「分子擁擠」這種在生物細胞中常見的物理現象，改變水中的氫鍵結構，大大降低水分子活性。這現象能大幅減少水系電解液使用有毒鋰鹽/離子化合物的濃度，從而提升電池的穩定性。
盧教授表示：「當知道提高水分子穩定性是研發新型水系電解液的關鍵，我們便嘗試在其他領域找出類近的應用，最終找到『分子擁擠』這個方向去研究，並取得成功。」盧教授續說﹕「我一直鼓勵學生以跨學科的思維做研究，只有深入理解研究涉及的基礎理論，再將核心問題抽絲剝繭，才能取得成功，否則只會重複犯錯，無法實現目標。」
盧教授的團隊利用聚乙二醇（PEG）取代高濃度鋰鹽/離子化合物，在電解液擬造出「分子擁擠」現象以抑制水分子活性。聚乙二醇是一種水溶性聚合物，是許多護膚霜和潤滑劑的原料，廣泛使用在牙膏、食品和飲料等日常用品之中。
PEG令一些傳統水系電解液中不能使用的電極材料也能發揮作用，團隊成功在低鹽濃度下將電解液的穩定電壓範圍擴大至 3.2 伏特。經過300次充放電後，能量密度仍穩定在每公斤75 至 110 瓦特小時，若使用凝膠包覆，最高電壓可達至4.0 伏特。
另外，傳統鋰離子水電池的重量有80%至85%來自鋰鹽，每公斤成本約 20 美元，而新型鋰離子水電池更輕更低成本，鋰鹽僅佔總重量30%至35%，成本降低至約每公斤 1 美元，對生態的危害亦大大減低。
有關研究成果已刊登於國際期刊《自然材料》及申請專利。然而，盧教授並不打算停步於此成就。她認為，是次研究只是一個開始﹕「不少在工業應用的鋰電池仍存在風險，我們希望日後能設計出更高電壓且穩定的水系電解液，並研發更安全、低成本且環保的儲電系統。」團隊預計在 3 至 5 年將成果產品化推出市場。
攝影﹕葉世強、姚志榮
