蘇黎世聯邦理工學院開發鋅電池時實現關鍵進展

 現在，大多數純電動汽車都使用鋰離子電池，但是這些電池的成本較高，而且易燃。水基鋅電池被視為富有前景的鋰離子電池替代品。據外媒報道，由蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）領導的國際研究團隊在開發這種鋅電池時實現關鍵進展，使其更強大、更安全、更環保。

（圖片來源：蘇黎世聯邦理工學院）

鋅電池具有諸多優點，比如鋅儲量豐富、價格低廉，并且擁有成熟的回收基礎設施。此外，鋅電池可以儲存大量的電力。最重要的是，鋅電池不一定需要使用高度易燃的有機溶劑作為電解液，可以用水基電解質代替。

然而，工程師們在開發這種電池時面臨一定的挑戰，比如當鋅電池在高壓下充電時，電解液中的水會在其中一個電極上發生反應，形成氫氣。這會導致電解液減少，電池性能下降，并使電池中積聚過多的壓力，具有一定的風險。另外，在電池充電過程中形成的尖狀枝晶可能刺穿電池，甚至導致電池短路。

近年來，工程師們嘗試用鹽來充實水性液體電解質，以盡可能降低水含量。但是，這會使電解質變得粘稠，大大減緩充放電過程。此外，使用的鹽中大多含有有毒的氟，易造成環境污染。

最近，蘇黎世聯邦理工學院的電化學能源系統教授Maria Lukatskaya與來自美國和瑞士若干研究機構的人員合作，系統性尋找水基鋅離子電池的理想鹽濃度。通過計算機模擬支持的實驗，研究人員發現，與之前的假設不同，理想的鹽濃度并不是最高的可能值，而是相對較低的：每個鹽的正離子有5到10個水分子。

研究人員沒有使用任何有害環境的鹽來進行改進，而是使用環保的醋酸鹽。研究人員Dario Gomez Vazquez表示：“理想的醋酸鹽濃度，有助于充分緩解電解質的消耗速度，防止形成鋅枝晶，就像其他科學家以前使用高濃度有毒鹽所做的那樣。此外，這種方法有助于電池更快地充放電。”

目前為止，研究人員已在實驗室內測試其新電池策略。下一步將擴大規模，看看是否可以將其轉化為大型電池。研究人員希望有朝一日能將其用作電網中的存儲單元，以補償電力波動；或者在單戶住宅的地下室中，使白天產生的太陽能在夜間也能使用。

研究人員認為，在將這種鋅電池投入市場之前，還有一些挑戰需要克服。Lukatskaya表示，電池由正、負兩個電極以及電解質構成。“通過調整電解質成分，可以使鋅負極實現高效充電。然而，為了實現高效耐用的鋅電池，還必須優化正極材料的性能。”

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