取得的进展替代电池技术

世界需要廉价的可持续生产和强大的电池可以存储发电风或阳光,这样我们可以用它当我们需要它,即使外面很暗或没有风。最常见的电池,我们的智能手机和电动汽车锂离子电池提供能量。这些都是相当昂贵的,因为全球对锂的需求飙升,和这些电池也高度易燃。

水性锌电池提供了一个有前途的替代这些锂离子电池。苏黎世理工学院国际领导的研究小组已经设计了一个战略,使锌电池等关键的发展进步,使他们更强大,更安全,更环保。

耐久性是一个挑战

锌电池有许多优势:锌丰富、廉价和已经成熟的回收设施。此外,锌电池可以存储大量的电力。最重要的是,锌电池不一定需要使用高度易燃的有机溶剂电解质液,因为他们也可以用水性电解质。

如果没有挑战,工程师必须面对在开发这些电池:高锌电池充电时电压、电解液中的水的电极反应生成氢气。当这种情况发生时,电解液流体减少和电池性能下降。此外,这个反应会导致过多的压力在电池可以是危险的。另一个问题是形成spikey存款的锌充电电池,被称为树突,这可以通过电池和皮尔斯在最坏的情况下甚至会导致短路,使电池无法使用。

盐使电池有毒

近年来,工程师们追求丰富的策略与盐溶液电解液以保持水分含量尽可能低。但也有缺点:它使电解液流体粘性,这会降低充电和放电的过程。此外,许多使用的盐含有氟,使它们有毒,对环境有害。

玛丽亚Lukatskaya,苏黎世联邦理工学院的电化学能源系统教授,现在与他的同事们从几个研究机构在美国和瑞士系统地寻找理想的盐浓度水性zinc-ion电池。使用由计算机模拟实验,研究人员能够显示,理想的盐浓度并不是像以前认为的那样,一个可能的最高,但相对较低:五到十水分子/盐的阳离子。

持久性能和快速充电

更重要的是,研究人员并没有使用任何环境有害盐的改进,而选择环保的醋酸盐、醋酸纤维素。“理想的醋酸盐的浓度,我们能够减少电解质耗竭,防止锌树突以及其他科学家先前与高浓度的有毒盐,”达里奥·戈麦斯说巴斯克斯,博士生在Lukatskaya集团和该研究的第一作者。“此外,我们的方法,电池充、放电的速度快得多。”

到目前为止,ETH研究者们测试了他们的新电池策略在实验室规模相对较小。下一步将扩大的方法,看看它是否还可以翻译为大电池。理想情况下,这可能有一天被用作存储单元在电网补偿的波动,或独栋房屋的地下室,允许白天太阳能产生在晚上使用。

仍然存在一些挑战克服锌电池将准备市场之前,乙Lukatskaya教授解释说:电池由两个电极——阳极和阴极和电解质液。“我们表明,通过调整电解液成分高效充电的锌阳极可以启用,”她说。然而“Going forward,阴极材料性能必须优化实现持久和有效锌电池。”

参考:巴斯克斯DG,波拉德TP,火星J, et al .创造water-in-salt-like环境使用协调non-concentrated水溶液中阴离子电解质有效锌电池。能源环境科学。2023年3月13日在线发表。doi:10.1039 / D3EE00205E

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