美國研發新型水溶性鋅電池不會爆炸和起火 有望成鋰電池替代品

美國馬里蘭大學杰姆斯克拉克工程學院的研究小組創造了一種水溶性鋅電池，該電池具備強大的電量、可反復充電并且從根源上保證了電池的安全可靠，有望成為目前廣泛使用的鋰電池的理想替代品。

　　據報道，在美國陸軍研究實驗室(ARL)的同事和國家標準與技術研究所(NIST)的通力合作下，馬里蘭大學工程師使用昔日舊電池技術(金屬鋅)，并用鹽電解質水賦予電池新的能量。該大學提出使用一種新的電解質水溶液代替使用傳統的鋰離子電池中易燃的有機電解液，創造更為安全的電池，研究人員通過添加金屬鋅作為第一個電池的陽極及其鹽的電解質加大水溶液電池的能量。

　　基于水溶液的電池可能是防止電器引起火災的關鍵，但它們的能量儲存和容量是有限的。這也是第一次有一種能與鋰離子電池在能量密度可以競爭的電池，優點是，這種電池沒有爆炸或著火的危險。

　　研究人員介紹，新型水溶液鋅電池將不僅用于消費電子產品，而且還可以在極端的條件下提高安全性能，諸如使用在汽車、航空航天、軍事表演以及深海環境中。

　　作為水溶液鋅電池的可能在實際生活中最廣泛應用的場景，馬里蘭大學博士后助理王飛列舉了在最近的媒體報道中強調的手機、筆記本電腦和電動汽車中遇到的眾多數量由電池引發火災的事件。而該項研究中的水溶液新電池可以在諸如手機電池等日常生活中增加安全性，與傳統鋰離子電池相比不僅僅是電量存儲更多，甚至還有更高的密度。

　　據了解，這種高度集中的水鋅電池也克服了傳統鋅電池的其他缺點，比如充電次數的限制，這種情況是由于傳統電池中枝晶(樹狀結構晶體)的使用和充電過程中持續生長造成水溶液的消耗，導致需要定期補充電池的電解質和水。

　　該大學化學和生物工程教授表示，現有的鋅電池是安全的，相對便宜的生產，但他們并不是最完美的，因為周期長和低能量密度。我們利用鹽水中的水來克服這些挑戰。

　　此外，在聯合實驗中，研究人員還發現了造成鋅電池不可逆性的根本原因，這種現象是在可充電電池使用中觀察到的——即電池在額定電壓下的充電量隨使用量的減少而減少，并發現了一種新的解決方案。其秘密是改變鋅陽離子(帶正電離子)的溶劑球結構。

　　由于新電解質中的大多數水分子都被高度濃縮的鹽牢固結合，水鋅電池的電解液不會在開孔中蒸發。徹底變成鋅空氣電池，它是由空氣中的氧氣氧化鋅制成的，這種氧化鋅被廣泛用于能量儲存領域。

　　研究小組表示，這種電池技術的進步為此后的研究打下了基礎，并有望將來的可以用于商業化。

 　  如果可以進行充電，鋅電池可以提供強大而廉價的儲能手段。這項研究揭示了如何控制電解液中哪些分子包圍著在儲存和釋放能量時在電池中來回移動的離子。這種技術可以讓傳統的鋅電池反復充電，并為電子產品、汽車和電網存儲提供低成本、安全的替代品。

　　在這項工作中取得的重大發現已經觸及鋅電池的核心問題，并讓諸如鎂和鋁電池在水溶性或非水溶性多價陽離子的化學作用面臨的全新的挑戰。

　　據悉，基于這項研究的論文于4月16日發表在《自然·材料》Nature Materials雜志上。