改进可充电金属电池策略：储能需求下可充电锌金属电池的商业化

2020-08-24 17:28

导读：由于缺乏标准规程，可充电锌金属电池无法与锂离子实现储能技术互补。美国的一个研究小组现在呼吁制定标准规程，提高铌效率和锌电解质的稳定性，从而使该技术可行。

储能需求下可充电锌金属电池的商业化改进可充电金属电池策略

来自美国陆军研究实验室和马里兰大学的科学家提出了一系列策略，以帮助可充电锌金属电池达到商业可行性，并与其他储能技术竞争。

研究人员将他们的发现发表在《自然能源》杂志上，题为“在可充电电池中实现高锌可逆性”。他们说，这项技术需要实现极其可逆的镀锌／脱锌，库仑效率（CEs）接近100％。它测量电子在电池中转移的充电效率。它是由从电池中提取的总电荷与整个循环中注入电池的总电荷的比值给出的。

可充电锌金属电池（RZMB）为现有锂离子电池和新兴锂金属电池提供了引人注目的补充，可以满足未来不断增长的储能需求。最近的多项报道表明，优化的电解质通过实现极为可逆的镀锌／剥离，库仑效率（CE）接近100％，解决了RZMB的一个世纪挑战。

但是，已发布的测试方法和条件之间的差异严重困扰着电解质性能的比较。缺乏严格和标准化的协议正迅速成为正在进行的研究和商业化努力的障碍。

研究人员表示这项技术的主要问题是锌金属和电极之间的相互作用，这是导致设备库仑效率低下的原因。他们还指出了巨大的电压极化和树枝状失效的倾向：“这两种因素都困扰着锌的可逆性长达几个世纪，可以追溯到亚历山德罗·沃尔塔的铜／锌堆。”

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他们说，在统一的条件下缺乏标准的CE测定协议——这妨碍了电解质系统之间的有效比较——是目前阻碍类似电池商业化的原因。他们解释说：“这不仅在准确评估技术状况方面造成了公众的困惑，而且更重要的是，它阻止了研究人员开发和评估新材料，也阻碍了向最有前途的系统分配资源。”

为了解决这一问题，学者们对电化学镀的可逆性和锌金属电极的剥离研究进行了分析。分析的四个关键参数是面积电流密度，每个周期的面积容量，镀锌的累积容量，以及相关的库仑效率。他们的研究表明在报告的CE结果和锌电池制造的相关性之间存在显著的差距。

他们写道：“循环伏安法（CV）除了作为初步筛选技术的作用外，在未来的研究中应该排除对锌或所有金属基电池化学物质进行CE测定的方法。”循环伏安法是一种电势动态电化学测量方法，通过循环工作电极的电位并测量产生的电流来实现。

作为一种替代方案，他们建议采用恒电流蓄水池CE方案，该方案具有电流密度、面积容量和上限截止电压的标准参数。他们将这种溶液定义为“一种强大的筛选工具，用于测量锌体系的商业可行性，并建立对电镀／剥离可逆性与锌形态、枝晶形成和循环寿命之间联系的更好的理解。”

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