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水性锌电池的核心技术
2023年01月08日    阅读量:20     新闻来源:中网信息    |  投稿

大多数储能系统(ESS)最近采用了锂离子电池(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电力系统。建造LIBs所需原材料的国际供应不稳定也成为一个关键问题。相比之下,水性锌离子电池(AZIB)使用水作为电解质,这从根本上防止了电池点火。此外,原材料锌的价格仅为锂的十六分之一。

韩国科学技术研究所储能研究中心(KIST;总裁Seok Jin Yoon)由Minah Lee博士领导的研究团队宣布,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大规模生产叠氮硼的催化剂,因为可以通过简单的电镀工艺,使用低成本和环保的溶液,生产出高能量密度和长寿命的锌金属阳极。

理论上,由于叠氮硼每离子利用两个电子,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。如果用作制造电池阳极的锌金属的容量不超过阴极的两倍,则有可能实现与今天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容量的五倍,它仍然具有竞争力,因为它类似于钠离子电池,由于其成本低和材料丰富,作为下一代电池正受到关注。

然而,由于电池运行期间纳米颗粒的不规则生长,锌金属阳极限制了叠氮硼的能量密度和寿命。低锌金属颗粒密度和阳极中较大的表面积加速了与电解液的腐蚀,从而耗尽了活性锌金属和电解液。现有研究通常使用的锌金属厚度是抵消寿命限制所需厚度的20倍;矛盾的是,这导致了能源密度和成本竞争力的必然下降,而这正是阿齐布的最大优势。

因此,KIST的Minah Lee博士领导的团队控制了锌金属阳极的微观结构,以减少导致叠氮硼能量密度和寿命下降的副反应的发生率。该团队采用了一种在室温下易于合成的深共晶溶剂(DES)溶液来构建紧凑的锌阳极。该DES溶液由氯化胆碱和尿素以1:2的摩尔比混合而成;混合物成为熔点为12的液体络合物掳C、 研究人员证实了一种亲锌铜鈥搝在DES内的锌和铜集电器之间自发形成inc合金层,使高密度锌颗粒能够生长。研究人员成功地利用这一发现开发了一种电镀工艺,使锌金属在低成本、环保的DES溶液中密集均匀地生长。

将制造的锌金属阳极应用于水性锌电池系统表明,腐蚀反应得到有效抑制,在7000多次重复充电和放电后,容量保持在70%以上。与使用薄锌的类似现有研究相比,该结果是例外的,其值远远超过充电和放电寿命(1000鈥?,000倍)。

KIST的Minah Lee博士表示,“我们能够开发一种核心技术,将AZIBs商业化,解决ESSs的消防安全问题,这是提供和扩大可再生能源的最大障碍。”她补充道,“我们预计,这种紧凑的锌阳极制造技术将通过将特别经济和环保的DES溶液与已在整个行业广泛使用的电镀工艺相结合,为大规模生产叠氮硼开辟道路。”

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