苏黎世联邦理工学院开发新型锌金属电池 高效耐用、安全环保且成本低

现在，大多数纯电动汽车都使用锂离子电池，但是这些电池的成本较高，而且易燃。水基锌电池被视为富有前景的锂离子电池替代品。据外媒报道，由苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）领导的国际研究团队在开发这种锌电池时实现关键进展，使其更强大、更安全、更环保。

（图片来源：苏黎世联邦理工学院）

锌电池具有诸多优点，比如锌储量丰富、价格低廉，并且拥有成熟的回收基础设施。此外，锌电池可以储存大量的电力。最重要的是，锌电池不一定需要使用高度易燃的有机溶剂作为电解液，可以用水基电解质代替。

然而，工程师们在开发这种电池时面临一定的挑战，比如当锌电池在高压下充电时，电解液中的水会在其中一个电极上发生反应，形成氢气。这会导致电解液减少，电池性能下降，并使电池中积聚过多的压力，具有一定的风险。另外，在电池充电过程中形成的尖状枝晶可能刺穿电池，甚至导致电池短路。

近年来，工程师们尝试用盐来充实水性液体电解质，以尽可能降低水含量。但是，这会使电解质变得粘稠，大大减缓充放电过程。此外，使用的盐中大多含有有毒的氟，易造成环境污染。

最近，苏黎世联邦理工学院的电化学能源系统教授Maria Lukatskaya与来自美国和瑞士若干研究机构的人员合作，系统性寻找水基锌离子电池的理想盐浓度。通过计算机模拟支持的实验，研究人员发现，与之前的假设不同，理想的盐浓度并不是最高的可能值，而是相对较低的：每个盐的正离子有5到10个水分子。

研究人员没有使用任何有害环境的盐来进行改进，而是使用环保的醋酸盐。研究人员Dario Gomez Vazquez表示：“理想的醋酸盐浓度，有助于充分缓解电解质的消耗速度，防止形成锌枝晶，就像其他科学家以前使用高浓度有毒盐所做的那样。此外，这种方法有助于电池更快地充放电。”

目前为止，研究人员已在实验室内测试其新电池策略。下一步将扩大规模，看看是否可以将其转化为大型电池。研究人员希望有朝一日能将其用作电网中的存储单元，以补偿电力波动；或者在单户住宅的地下室中，使白天产生的太阳能在夜间也能使用。

研究人员认为，在将这种锌电池投入市场之前，还有一些挑战需要克服。Lukatskaya表示，电池由正、负两个电极以及电解质构成。“通过调整电解质成分，可以使锌负极实现高效充电。然而，为了实现高效耐用的锌电池，还必须优化正极材料的性能。”