KIST开发水系锌电池核心技术经7000多次重复充放电仍保持70%以上容量

大多数储能系统（ESS）最近都采用了锂离子电池（LIB），在二次电池中技术成熟度最高。然而，由于火灾风险，这些被认为不适合存储大量电力的 ESS。用于建造 LIB 的国际原材料供应的不稳定性也已成为一个关键问题。相比之下，水系锌离子电池 (AZIB) 使用水作为电解质，这从根本上防止了电池起火。此外，原材料锌的价格仅为锂的十六分之一。

由韩国科学技术研究院（KIST）储能研究中心领导的研究小组宣布，他们已成功开发出一种制造“高密度锌金属阳极”的技术，”这是 AZIB 商业化的关键。这种制造技术有望成为 AZIB 大规模生产的催化剂，因为可以通过简单的电镀工艺，使用低成本和环保的解决方案来生产具有高能量密度和长寿命的锌金属阳极。

理论上，由于 AZIBs 每个离子使用两个电子，因此相对于碱金属离子电池，它们在体积能量密度方面具有优势。如果用作制造电池的阳极的锌金属的容量不超过阴极的两倍，则有可能实现与当今商业化的锂离子电池相当的能量密度。此外，即使锌金属的容量达到阴极的5倍，它仍然具有与钠离子电池相似的竞争力，作为下一代电池，钠离子电池由于其低成本而备受关注和且原材料丰富。

然而，锌金属阳极限制了 AZIBs 的能量密度和寿命，因为在电池运行期间纳米粒子的不规则生长。阳极中低锌金属颗粒密度和大表面积加速了与电解质的腐蚀，从而耗尽了活性锌金属和电解质。

因此，由 KIST 的 Minah Lee 博士领导的团队控制了锌金属阳极的微观结构，以减少导致 AZIB 能量密度和寿命下降的副反应的发生率。该团队采用一种可在室温下轻松合成的深共晶溶剂 (DES) 溶液来构建紧凑型锌阳极。该DES溶液由氯化胆碱和尿素以1:2的摩尔比混合而成；混合物变成熔点为 12 °C 的液体复合物。研究人员证实，在 DES 内的锌和铜集流体之间会自发形成亲锌铜锌合金层，从而使高密度锌颗粒能够生长。

（左）混合氯化胆碱 (ChCl) 和（中）尿素 (UREA) 生产（右）环保低共熔溶剂 (DES)

将制备的锌金属负极应用于水系锌电池体系，表明腐蚀反应得到有效抑制，经过7000多次重复充放电，容量仍保持在70%以上。相对于现有类似的使用薄锌的研究，这一结果是例外的，并且该值远远超过了商业 LIB 的充电和放电寿命（1000-2000 次）。获 取 更多前沿科技?研究 进展访问：https://byteclicks.com

研究人员能够开发出一种核心技术，将 AZIB 商业化，从而解决 ESS 的防火安全问题，这是提供和扩展可再生能源的最大障碍。研究团队希望这种紧凑型锌阳极制造技术将经济环保的DES解决方案与已在整个行业广泛使用的电镀工艺相结合，为 AZIB 的大规模生产开辟道路。

这项研究发表在能源与环境科学领域权威期刊《能源与环境科学》最新网络版（IF：38.532，JCR领域前0.182%）。

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