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為了能夠?qū)⒖稍偕柲芎惋L(fēng)能儲存在電網(wǎng)上，以便在沒有陽光和無風(fēng)的時候使用，科學(xué)家們正在研究多種不同類型的化學(xué)物質(zhì)，以用于大型-可用于電網(wǎng)存儲的規(guī)模電池。

一種稱為水性鋅離子電池(AZIB)的電池化學(xué)候選物已被確定為一種有前途的電網(wǎng)存儲技術(shù)，可以幫助最大限度地發(fā)揮可再生能源的優(yōu)勢。AZIBs的可承受性和安全性的基礎(chǔ)依賴于使用鋅，一種關(guān)鍵的可持續(xù)金屬，作為電池中的陽極材料。

與商業(yè)化鋰離子電池中的鋰相比，鋅的天然含量更高，并且與水的相容性更高，因此可以直接使用具有成本效益、不易燃的水基電解質(zhì)。

然而，滑鐵盧大學(xué)的研究人員作為總部位于美國能源部(DOE)阿貢國家實驗室的儲能研究聯(lián)合中心的一部分，在一項新研究中，科學(xué)家們提出，公開文獻(xiàn)中的許多說法都是錯誤的被錯誤地高估了，鋅離子電池仍然面臨著許多挑戰(zhàn)。一篇基于這項研究的論文“邁向用于電化學(xué)儲能的實用水性鋅離子電池”發(fā)表在8月11日的Joule網(wǎng)絡(luò)版上。

滑鐵盧大學(xué)教授LindaNazar說：“鋅陽極為水系鋅離子電池帶來了高安全性和低成本，因為它對大多數(shù)水基電解質(zhì)都很穩(wěn)定?！睂W(xué)習(xí)。“然而，在充放電循環(huán)過程中，鋅往往會以隨機(jī)和尖狀晶體的形式生長——稱為樹枝狀晶體——這在給電池充電時很容易導(dǎo)致短路。盡管已經(jīng)報道了許多解決鋅枝晶問題的策略，但只有少數(shù)它們可以滿足實際應(yīng)用的要求?！?/p>

挑戰(zhàn)也存在于陰極方面。根據(jù)Nazar的說法，水基電解質(zhì)中的水分子可以自發(fā)地分解成氫氧根離子和質(zhì)子。雖然質(zhì)子在來回穿梭到電池陰極材料的過程中與鋅離子競爭——這一過程稱為嵌入——但剩余的氫氧根離子可以與鋅結(jié)合。該反應(yīng)會產(chǎn)生稱為層狀鋅雙氫氧化物的化合物，Nazar說這些化合物會沉淀在陰極表面并“將鋅從方程式中移除，在非常有害的副反應(yīng)中使表面絕緣。”

在Nazar看來，鋅電池面臨的主要問題是如何抑制水分活度。她說，答案可能在于一種非水/水混合電解質(zhì)，它可以幫助隔離水，防止其離解?！斑@些電解質(zhì)已被證明在確保鋅離子插入主導(dǎo)化學(xué)方面非常有效，”她說。

Nazar發(fā)現(xiàn)了一些涉及鋅電池的研究的另一個顯著缺點，斷言以極高循環(huán)率運行電池的研究往往基于質(zhì)子插入而不是鋅嵌入。“鋅電池的超高速循環(huán)無助于大規(guī)模電網(wǎng)存儲，”她說。“我們正試圖打破紀(jì)錄——僅以中等速率循環(huán)，然后進(jìn)行電解質(zhì)工程以抑制水離解?！?/p>

一篇基于這項研究的論文“邁向用于電化學(xué)儲能的實用水性鋅離子電池”發(fā)表在8月11日的Joule網(wǎng)絡(luò)版上。

關(guān)鍵詞： 科學(xué)家們 氫氧根離子 滑鐵盧大學(xué)