儲能需求下可充電鋅金屬電池的商業(yè)化

導讀由于缺乏標準規(guī)程，可充電鋅金屬電池無法與鋰離子實現(xiàn)儲能技術(shù)互補。美國的一個研究小組現(xiàn)在呼吁制定標準規(guī)程，提高鈮效率和鋅電解質(zhì)的穩(wěn)定性，從而使該技術(shù)可行。

來自美國陸軍研究實驗室和馬里蘭大學的科學家提出了一系列策略，以幫助可充電鋅金屬電池達到商業(yè)可行性，并與其他儲能技術(shù)競爭。

研究人員將他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然能源》雜志上，題為“在可充電電池中實現(xiàn)高鋅可逆性”。他們說，這項技術(shù)需要實現(xiàn)極其可逆的鍍鋅／脫鋅，庫侖效率（CEs）接近100％。它測量電子在電池中轉(zhuǎn)移的充電效率。它是由從電池中提取的總電荷與整個循環(huán)中注入電池的總電荷的比值給出的。

可充電鋅金屬電池（RZMB）為現(xiàn)有鋰離子電池和新興鋰金屬電池提供了引人注目的補充，可以滿足未來不斷增長的儲能需求。最近的多項報道表明，優(yōu)化的電解質(zhì)通過實現(xiàn)極為可逆的鍍鋅／剝離，庫侖效率（CE）接近100％，解決了RZMB的一個世紀挑戰(zhàn)。

但是，已發(fā)布的測試方法和條件之間的差異嚴重困擾著電解質(zhì)性能的比較。缺乏嚴格和標準化的協(xié)議正迅速成為正在進行的研究和商業(yè)化努力的障礙。

研究人員表示這項技術(shù)的主要問題是鋅金屬和電極之間的相互作用，這是導致設(shè)備庫侖效率低下的原因。他們還指出了巨大的電壓極化和樹枝狀失效的傾向“這兩種因素都困擾著鋅的可逆性長達幾個世紀，可以追溯到亞歷山德羅·沃爾塔的銅／鋅堆?！?/p>

他們說，在統(tǒng)一的條件下缺乏標準的CE測定協(xié)議——這妨礙了電解質(zhì)系統(tǒng)之間的有效比較——是目前阻礙類似電池商業(yè)化的原因。他們解釋說“這不僅在準確評估技術(shù)狀況方面造成了公眾的困惑，而且更重要的是，它阻止了研究人員開發(fā)和評估新材料，也阻礙了向最有前途的系統(tǒng)分配資源?！?/p>

為了解決這一問題，學者們對電化學鍍的可逆性和鋅金屬電極的剝離研究進行了分析。分析的四個關(guān)鍵參數(shù)是面積電流密度，每個周期的面積容量，鍍鋅的累積容量，以及相關(guān)的庫侖效率。他們的研究表明在報告的CE結(jié)果和鋅電池制造的相關(guān)性之間存在顯著的差距。

他們寫道“循環(huán)伏安法（CV）除了作為初步篩選技術(shù)的作用外，在未來的研究中應(yīng)該排除對鋅或所有金屬基電池化學物質(zhì)進行CE測定的方法?！毖h(huán)伏安法是一種電勢動態(tài)電化學測量方法，通過循環(huán)工作電極的電位并測量產(chǎn)生的電流來實現(xiàn)。

作為一種替代方案，他們建議采用恒電流蓄水池CE方案，該方案具有電流密度、面積容量和上限截止電壓的標準參數(shù)。他們將這種溶液定義為“一種強大的篩選工具，用于測量鋅體系的商業(yè)可行性，并建立對電鍍／剝離可逆性與鋅形態(tài)、枝晶形成和循環(huán)壽命之間聯(lián)系的更好的理解?！?/p>

想了解更多關(guān)于鋰電及儲能領(lǐng)域的行業(yè)資訊，歡迎關(guān)注微鋰電微信公眾號，每日為你推送最前沿的行業(yè)訊息！