大容量、高能量密度的水系鋅電池問世

IT之家 1 月 10 日消息，據中國科學技術大學網站，該校化學與材料科學學院陳維教授課題組設計了一種穩定的金屬 / 金屬-鋅合金異質結界面層，實現了大面容量（200mAh / cm2）下無鋅枝晶的穩定沉積和溶解反應以及高達 274Wh/kg的鋅溴電池能量密度。另外，大容量鋅溴電池展示出優異的循環穩定性，電池模組與光伏面板集成展示了其對可再生能源的存儲能力。相關研究型論文已在國際期刊《自然?通訊》發表。

水系鋅電池具有低成本、長壽命、高安全的特點，是下一代大規模儲能電池技術最有力的競爭者。然而鋅電池面臨一系列的問題，嚴重影響了其產業化進程：鋅負極存在不可控的副反應如枝晶生長、析氫等，限制了電池的循環壽命；鋅電池中過高的正負極比和較低的面容量降低了電池的能量密度；缺乏對 Ah 級大容量電池的性能研究及其在儲能系統中的應用探索。

IT之家了解到，該論文設計了一種二維銻 / 銻鋅合金（Sb/Sb2Zn3）異質結界面層用于穩定鋅在大面容量下的沉積 / 溶解。Sb/Sb2Zn3 異質結界面在鋅沉積過程中表現出對鋅原子較強的吸附性及均勻的電場分布，從而實現了 200 mAh / cm2 超高面容量下無枝晶的鋅沉積 / 溶解。此外，使用該異質結構界面修飾的無鋅負極與溴正極結合裝配成了無負極鋅溴電池，顯示出 274 Wh/kg的理論能量密度以及 62Wh/kg的實際能量密度。容量為 500 毫安時的大容量鋅溴電池表現出超過 400 次的穩定循環。進一步放大到 1.5Ah 的電池在不同的串并聯形式下均表現出優異的放電電壓和效率。此外，能量為 9 Wh (6 V,1.5 Ah) 的鋅溴電池模組與光伏板集成展示了其實用的可再生能源儲存能力。

據介紹，該成果通過設計金屬 / 金屬鋅合金異質結界面獲得了具有優異性能的無負極鋅溴電池，這將為鋅電池在大規模儲能中的應用開辟新的道路。