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重大突破!科学家研发新型无阳极锌电池 可大量储存新能源还很便宜

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科创板日报 2021-01-21 15:36

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,风能和太阳能等可再生能源有助于减少世界对化石燃料的依赖。但首先,电力公司需要一种安全、划算的方式来储存能源,以备日后使用。大量的锂离子电池的确可以完成这项工作,但它们存在安全问题,而且原材料有限。

针对这一问题,一组来自阿卜杜拉国王科技大学(KAUST)的研究人员开发了一种无阳极锌基电池的原型,采用低成本、天然丰富的锌作为原材料。这项研究成果已于本月20日刊登在了美国化学学会出版的同行评审式科学月刊纳米通讯(Nano Letters)上。

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由于其安全性和高能量密度,水性锌基电池曾被用于电网储能。此外,用于制造它们的材料也是十分丰富的。然而,目前开发的可充电锌电池需要厚锌金属阳极,其中含有大量过量的锌,从而增加了成本。此外,阳极很容易形成枝晶(在充电过程中沉积在阳极上的锌金属晶体),这可能会导致电池短路。

在此次研究过程中,科学家们对“是否真的需要锌阳极”产生了质疑。他们从之前对“无阳极”锂和钠金属电池的探索中汲取灵感,并决定制造一种电池,在这种电池中,富锌阴极是铜集流器上镀锌的唯一来源。

具体而言,研究人员使用了预先嵌入锌离子的二氧化锰阴极,三氟甲烷磺酸锌水溶液和铜箔集电器。充电时,金属锌被镀在铜箔上,放电时金属被剥离,释放出为电池供电的电子。为了防止枝晶的形成,研究人员在铜集流器上涂了一层碳纳米盘。该层促进了均匀镀锌,从而防止了枝晶形成,提高了镀锌和剥离效率。

据称,该电池具有效率高、能量密度高、稳定性好等特点,且经过80次充放电循环后存储容量仍能保持62.8%。研究人员说,“无阳极电池的设计为在能量存储系统中使用水性锌基电池开辟了新的方向。”

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