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鋅電池能不能代替鋰離子電池呢?

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:4667次  |  2020年11月19日  

香港城市大學(xué)科學(xué)及工程學(xué)院副教授支春義說,以鋅為基礎(chǔ)的電池(以下簡稱鋅電池)已有百年多歷史,是世界上第二種商業(yè)化的電池,只比鉛酸電池稍遲。不過,以往的鋅電池重要是一次使用。此外,以往的鋅電池的充放電性能一直不理想,充放電次數(shù)太少。直至3年多前,大學(xué)內(nèi)研究的水系鋅電池(其電解質(zhì)含水),只可充放電100次至300次。


支春義和一批博士生在3年多前,開始研究水系鋅電池,初期遇到很多困難。兩年前,他們棄用強(qiáng)堿性電解質(zhì),改用弱酸性電解質(zhì),并將其中一個(gè)電極改用納米二氧化錳材料,取得重大突破,將充放電次數(shù)大增至1000次以上;而且在充放電1000次后,其儲電量仍然可以維持在最初的97%。


幾年前,軟性鋰離子電池仍未真正商業(yè)化生產(chǎn),他們希望開發(fā)軟性水系鋅電池,以滿足市場應(yīng)用和要,例如穿戴式電子產(chǎn)品等。由于水系鋅電池的電解質(zhì)原為液態(tài),較難封裝和較易泄漏,所以他們加入水凝膠,令電解質(zhì)變成半固態(tài),既可保持柔軟和可彎曲的特性,同時(shí)較容易封裝,萬一封裝出現(xiàn)破損,電解質(zhì)也不會泄漏。


此外,由于水系鋅電池的電解質(zhì)含水,所以其本質(zhì)就不易燃,比鋰離子電池的有機(jī)電解質(zhì)安全。經(jīng)過改良后,他們研發(fā)的水系鋅電池在極惡劣的工作環(huán)境中,如撞擊、切割、火燒、彎折等,也不會爆炸或起火,并能夠繼續(xù)供應(yīng)穩(wěn)定的電源,安全程度大大提高。


支春義認(rèn)為,由于電動汽車對續(xù)航力要求高,鋰離子電池能量密度較高,相信仍會在這個(gè)市場占優(yōu)勢。但考慮到鋰離子電池的安全性、成本以及鋰金屬在地球上的儲量等因素,他相信,鋰離子電池未來不太可能獨(dú)霸所有充電池市場。


參與研發(fā)工作的博士生李洪飛和唐子杰均認(rèn)為,鋰離子電池由1996年開始在移動電話市場冒起,至今才不過20余年,在電動汽車市場的歷史更短,所以鋰的產(chǎn)量暫時(shí)未有問題。但隨著部分國家限期要求汽車廠停產(chǎn)燃油車、全面轉(zhuǎn)為生產(chǎn)純電動汽車,可能引致鋰產(chǎn)量不足和價(jià)格上升的問題。鋅儲量較多和成本較低,鋅電池未來的前景值得看好,相信一定可以在充電池市場上占據(jù)席位。


最近,韓國KIST科學(xué)家研制出了不燃燒、不爆炸的環(huán)保型鋅離子電池。根據(jù)這項(xiàng)研究,該團(tuán)隊(duì)的鋅離子電池在經(jīng)過1000次充放電循環(huán)后仍然擁有接近100%的存儲容量,即使在極端條件下也能保持電化學(xué)穩(wěn)定性(9000mA/g,充滿充電和放電兩分鐘)。


基于這種穩(wěn)定性,KIST的研究人員還用柔性纖維基底制造了鋅離子電池,這種基底更容易彎曲,可以集成到衣服和編織袋中。據(jù)KIST的高級研究人員稱,鋅離子電池比鋰離子電池的潛在風(fēng)險(xiǎn)更低,該團(tuán)隊(duì)希望作為下一代技術(shù),鋅離子電池對人類是安全的,不會引起爆炸或火災(zāi)。


目前,由于其優(yōu)異的穩(wěn)定性、電化學(xué)性能和簡單的制造工藝,未來有機(jī)會在現(xiàn)實(shí)世界中發(fā)揮用途。


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