蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院開發(fā)鋅電池時(shí)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵進(jìn)展

 現(xiàn)在，大多數(shù)純電動(dòng)汽車都使用鋰離子電池，但是這些電池的成本較高，而且易燃。水基鋅電池被視為富有前景的鋰離子電池替代品。據(jù)外媒報(bào)道，由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院（ETH Zurich）領(lǐng)導(dǎo)的國際研究團(tuán)隊(duì)在開發(fā)這種鋅電池時(shí)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵進(jìn)展，使其更強(qiáng)大、更安全、更環(huán)保。

（圖片來源：蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院）

鋅電池具有諸多優(yōu)點(diǎn)，比如鋅儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉，并且擁有成熟的回收基礎(chǔ)設(shè)施。此外，鋅電池可以儲(chǔ)存大量的電力。最重要的是，鋅電池不一定需要使用高度易燃的有機(jī)溶劑作為電解液，可以用水基電解質(zhì)代替。

然而，工程師們在開發(fā)這種電池時(shí)面臨一定的挑戰(zhàn)，比如當(dāng)鋅電池在高壓下充電時(shí)，電解液中的水會(huì)在其中一個(gè)電極上發(fā)生反應(yīng)，形成氫氣。這會(huì)導(dǎo)致電解液減少，電池性能下降，并使電池中積聚過多的壓力，具有一定的風(fēng)險(xiǎn)。另外，在電池充電過程中形成的尖狀枝晶可能刺穿電池，甚至導(dǎo)致電池短路。

近年來，工程師們嘗試用鹽來充實(shí)水性液體電解質(zhì)，以盡可能降低水含量。但是，這會(huì)使電解質(zhì)變得粘稠，大大減緩充放電過程。此外，使用的鹽中大多含有有毒的氟，易造成環(huán)境污染。

最近，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的電化學(xué)能源系統(tǒng)教授Maria Lukatskaya與來自美國和瑞士若干研究機(jī)構(gòu)的人員合作，系統(tǒng)性尋找水基鋅離子電池的理想鹽濃度。通過計(jì)算機(jī)模擬支持的實(shí)驗(yàn)，研究人員發(fā)現(xiàn)，與之前的假設(shè)不同，理想的鹽濃度并不是最高的可能值，而是相對較低的：每個(gè)鹽的正離子有5到10個(gè)水分子。

研究人員沒有使用任何有害環(huán)境的鹽來進(jìn)行改進(jìn)，而是使用環(huán)保的醋酸鹽。研究人員Dario Gomez Vazquez表示：“理想的醋酸鹽濃度，有助于充分緩解電解質(zhì)的消耗速度，防止形成鋅枝晶，就像其他科學(xué)家以前使用高濃度有毒鹽所做的那樣。此外，這種方法有助于電池更快地充放電。”

目前為止，研究人員已在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測試其新電池策略。下一步將擴(kuò)大規(guī)模，看看是否可以將其轉(zhuǎn)化為大型電池。研究人員希望有朝一日能將其用作電網(wǎng)中的存儲(chǔ)單元，以補(bǔ)償電力波動(dòng)；或者在單戶住宅的地下室中，使白天產(chǎn)生的太陽能在夜間也能使用。

研究人員認(rèn)為，在將這種鋅電池投入市場之前，還有一些挑戰(zhàn)需要克服。Lukatskaya表示，電池由正、負(fù)兩個(gè)電極以及電解質(zhì)構(gòu)成。“通過調(diào)整電解質(zhì)成分，可以使鋅負(fù)極實(shí)現(xiàn)高效充電。然而，為了實(shí)現(xiàn)高效耐用的鋅電池，還必須優(yōu)化正極材料的性能。”

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