大容量高能量密度水系鋅電池問世

　　1月9日，記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院陳維教授課題組，設(shè)計了一種穩(wěn)定的金屬/金屬—鋅合金異質(zhì)結(jié)界面層，實現(xiàn)了大面容量下無鋅枝晶的穩(wěn)定沉積和溶解，并達(dá)到274瓦時/公斤的鋅溴電池能量密度。另外，大容量鋅溴電池展示出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)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(guān)研究成果日前發(fā)表于國際期刊《自然·通訊》上。

　　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(guī)模儲能電池技術(shù)最有力的競爭者。然而鋅電池面臨一系列的問題，嚴(yán)重影響了其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程：首先是鋅負(fù)極存在不可控的副反應(yīng)如枝晶生長、析氫等，限制了電池的循環(huán)壽命;其次，鋅電池中過高的正負(fù)極比和較低的面容量降低了電池的能量密度;再者，缺乏對安時級大容量電池的性能研究及其在儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用探索。

　　研究人員設(shè)計了一種二維銻/銻鋅合金異質(zhì)結(jié)界面層用于穩(wěn)定鋅在大面容量下的沉積、溶解。這種異質(zhì)結(jié)界面在鋅沉積過程中表現(xiàn)出對鋅原子較強(qiáng)的吸附性及均勻的電場分布，從而實現(xiàn)了200毫安時/平方厘米超高面容量下無枝晶的鋅沉積/溶解。此外，使用該異質(zhì)結(jié)構(gòu)界面修飾的無鋅負(fù)極與溴正極結(jié)合裝配成了無負(fù)極鋅溴電池，顯示出274瓦時/公斤的理論能量密度以及62瓦時/公斤的實際能量密度。容量為500毫安時的大容量鋅溴電池表現(xiàn)出超過400次的穩(wěn)定循環(huán)。進(jìn)一步放大到1.5安時的電池在不同的串并聯(lián)形式下均表現(xiàn)出優(yōu)異的放電電壓和效率。此外，能量為9瓦時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。