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美国研发出以海水为电解质的水性电池

2021-01-14 14:25
微锂电
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导读:美国的科学家开发了一种新的水性电池阳极。利用这种阳极、以海水为电解质的工作电池表现出了令人印象深刻的能量密度,并在大电流循环1000小时后保持稳定。该小组已经在讨论他们的方法在大规模制造方面的潜力。

美国研发以海水为电解质的水性电池  展现出高效稳定的能量密度

在简单的盐水中而不是复杂的有机溶剂中储能能量的水电池,对储能专家来说是一个有吸引力的前景。这些以溶剂为基础的电解质通常具有挥发性和易燃性,并且在高电压下容易降解。因此,用海水这样廉价、丰富、防火的东西来代替它们,似乎是不费吹灰之力。

但这也带来了一系列问题。迄今为止与其他电池技术相比,水性电池技术一直受制于较低的能量密度,以及稳定性问题。采用盐水电解质的电池往往容易出现树枝状生长,虽然不会像标准锂离子技术那样有火灾风险,但仍会导致性能下降和短路。

美国的科学家们现在宣称,他们使用一种新的阳极设计克服了其中的许多问题。该小组使用一种锌锰合金进行了演示,不过它表示这种方法可以推广到其他金属合金。使用具有特殊纳米结构的合金不仅可以通过控制表面反应热力学和反应动力学来抑制树枝状物的形成,俄勒冈州立大学从事研究的化学工程师Zhenxing Feng说:“它还在苛刻的电化学条件下,在数千次循环中表现出超高的稳定性。”

美国研发以海水为电解质的水性电池  展现出高效稳定的能量密度

利用这些材料,加上阳极表面的3D纳米结构,该小组能够更好地控制反应,避免树枝状的形成。为了验证他们的方法,该小组制造了一个电池,并证明了在80mA/cm?的电流密度下,阳极可以稳定、无树枝状物循环1000小时。

Feng说:“尽管这是一个新的发现,需要更多的测试才能完全理解,但该小组已经开始讨论他们方法的商业潜力。我们的理论和实验研究证明,3D合金阳极具有前所未有的界面稳定性,这是由合金表面的锌的有利扩散通道实现的。这项合作工作所展示的概念很可能为水性和非水性电池的高性能合金阳极设计带来范式转变,为电池行业带来革命性的变化。”

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