大容量、高能量密度的水系鋅電池問世

IT之家 1 月 10 日消息，據(jù)中國科學技術大學網(wǎng)站，該校化學與材料科學學院陳維教授課題組設計了一種穩(wěn)定的金屬 / 金屬-鋅合金異質(zhì)結界面層，實現(xiàn)了大面容量（200mAh / cm2）下無鋅枝晶的穩(wěn)定沉積和溶解反應以及高達 274Wh/kg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。相關研究型論文已在國際期刊《自然?通訊》發(fā)表。

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

IT之家了解到，該論文設計了一種二維銻 / 銻鋅合金（Sb/Sb2Zn3）異質(zhì)結界面層用于穩(wěn)定鋅在大面容量下的沉積 / 溶解。Sb/Sb2Zn3 異質(zhì)結界面在鋅沉積過程中表現(xiàn)出對鋅原子較強的吸附性及均勻的電場分布，從而實現(xiàn)了 200 mAh / cm2 超高面容量下無枝晶的鋅沉積 / 溶解。此外，使用該異質(zhì)結構界面修飾的無鋅負極與溴正極結合裝配成了無負極鋅溴電池，顯示出 274 Wh/kg的理論能量密度以及 62Wh/kg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)。進一步放大到 1.5Ah 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 Wh (6 V,1.5 Ah) 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。

據(jù)介紹，該成果通過設計金屬 / 金屬鋅合金異質(zhì)結界面獲得了具有優(yōu)異性能的無負極鋅溴電池，這將為鋅電池在大規(guī)模儲能中的應用開辟新的道路。