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美国研发新型水溶性锌电池不会爆炸和起火 有望成锂电池替代品

作者: 来源: 日期:2018-5-2 15:30:00 人气:334

美国马里兰大学杰姆斯克拉克工程学院的研究小组创造了一种水溶性锌电池,该电池具备强大的电量、可反复充电并且从根源上保证了电池的安全可靠,有望成为目前广泛使用的锂电池的理想替代品。

  据报道,在美国陆军研究实验室(ARL)的同事和国家标准与技术研究所(NIST)的通力合作下,马里兰大学工程师使用昔日旧电池技术(金属锌),并用盐电解质水赋予电池新的能量。该大学提出使用一种新的电解质水溶液代替使用传统的锂离子电池中易燃的有机电解液,创造更为安全的电池,研究人员通过添加金属锌作为第一个电池的阳极及其盐的电解质加大水溶液电池的能量。

  基于水溶液的电池可能是防止电器引起火灾的关键,但它们的能量储存和容量是有限的。这也是第一次有一种能与锂离子电池在能量密度可以竞争的电池,优点是,这种电池没有爆炸或着火的危险。

  研究人员介绍,新型水溶液锌电池将不仅用于消费电子产品,而且还可以在极端的条件下提高安全性能,诸如使用在汽车、航空航天、军事表演以及深海环境中。

  作为水溶液锌电池的可能在实际生活中最广泛应用的场景,马里兰大学博士后助理王飞列举了在最近的媒体报道中强调的手机、笔记本电脑和电动汽车中遇到的众多数量由电池引发火灾的事件。而该项研究中的水溶液新电池可以在诸如手机电池等日常生活中增加安全性,与传统锂离子电池相比不仅仅是电量存储更多,甚至还有更高的密度。

  据了解,这种高度集中的水锌电池也克服了传统锌电池的其他缺点,比如充电次数的限制,这种情况是由于传统电池中枝晶(树状结构晶体)的使用和充电过程中持续生长造成水溶液的消耗,导致需要定期补充电池的电解质和水。

  该大学化学和生物工程教授表示,现有的锌电池是安全的,相对便宜的生产,但他们并不是最完美的,因为周期长和低能量密度。我们利用盐水中的水来克服这些挑战。

  此外,在联合实验中,研究人员还发现了造成锌电池不可逆性的根本原因,这种现象是在可充电电池使用中观察到的——即电池在额定电压下的充电量随使用量的减少而减少,并发现了一种新的解决方案。其秘密是改变锌阳离子(带正电离子)的溶剂球结构。

  由于新电解质中的大多数水分子都被高度浓缩的盐牢固结合,水锌电池的电解液不会在开孔中蒸发。彻底变成锌空气电池,它是由空气中的氧气氧化锌制成的,这种氧化锌被广泛用于能量储存领域。

  研究小组表示,这种电池技术的进步为此后的研究打下了基础,并有望将来的可以用于商业化。

    如果可以进行充电,锌电池可以提供强大而廉价的储能手段。这项研究揭示了如何控制电解液中哪些分子包围着在储存和释放能量时在电池中来回移动的离子。这种技术可以让传统的锌电池反复充电,并为电子产品、汽车和电网存储提供低成本、安全的替代品。

  在这项工作中取得的重大发现已经触及锌电池的核心问题,并让诸如镁和铝电池在水溶性或非水溶性多价阳离子的化学作用面临的全新的挑战。

  据悉,基于这项研究的论文于4月16日发表在《自然·材料》Nature Materials杂志上。