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安全又便宜!科学家研发新型水性电池阳极 海水作电解质

近期,一组来自美国的研究人员开发了一种新的水性电池阳极,解决了此前这类电池能效低、寿命短的问题。此外,该电池以海水作为电解质,而非高纯度的水,这为降低电池成本提供了另一种途径。

锂离子电池对现代生活至关重要,从智能手机到笔记本电脑等,无不需要它的供电。然而,不得不提的是,其使用过程中存在安全隐患,即电池可能起火。锌基水性电池使用水基电解质代替传统的化学溶剂,可以很好地克服这一隐患。

然而,这也带来了一系列问题。与迄今为止的其他电池技术相比,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枝晶生长,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。

在科学家们的不断努力下,此次来自美国的一组研究人员表示,他们采用了一种新的3D锌锰纳米合金阳极已经克服了这些限制,形成了一种稳定、高性能、无枝晶的水性电池,而且使用“价廉物美的”海水作为电解质。

该研究的联合通讯作者、休斯顿大学(the University of Houston)电子与计算机工程助理教Xiaonan Shan表示,这一发现为储能和其他应用(包括电动汽车)提供了有吸引力的前景。

“它提供了一种低成本、高能量密度、稳定的电池。”他补充说,“它应该是可靠的,可充电的电池。”

研究人员们还开发了一种原位光学可视化技术,使他们能够实时且直接地观察阳极上的反应动力学。测试结果表明,在高电流密度(80 mA/cm2)下,新型3D锌锰纳米合金阳极在1000小时充放电循环中仍能保持稳定,且不会出现枝晶。

该研究的另一作者、俄勒冈州立大学从事研究的化学工程师Zhenxing Feng表示,“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这一发现的商业潜力。”

“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。”他补充说。

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