美國科學(xué)家開發(fā)了一種新的水性電池陽極

導(dǎo)讀：美國的科學(xué)家開發(fā)了一種新的水性電池陽極。利用這種陽極、以海水為電解質(zhì)的工作電池表現(xiàn)出了令人印象深刻的能量密度，并在大電流循環(huán)1000小時(shí)后保持穩(wěn)定。該小組已經(jīng)在討論他們的方法在大規(guī)模制造方面的潛力。

在簡單的鹽水中而不是復(fù)雜的有機(jī)溶劑中儲(chǔ)能能量的水電池，對(duì)儲(chǔ)能專家來說是一個(gè)有吸引力的前景。這些以溶劑為基礎(chǔ)的電解質(zhì)通常具有揮發(fā)性和易燃性，并且在高電壓下容易降解。因此，用海水這樣廉價(jià)、豐富、防火的東西來代替它們，似乎是不費(fèi)吹灰之力。

但這也帶來了一系列問題。迄今為止與其他電池技術(shù)相比，水性電池技術(shù)一直受制于較低的能量密度，以及穩(wěn)定性問題。采用鹽水電解質(zhì)的電池往往容易出現(xiàn)樹枝狀生長，雖然不會(huì)像標(biāo)準(zhǔn)鋰離子技術(shù)那樣有火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)，但仍會(huì)導(dǎo)致性能下降和短路。

美國的科學(xué)家們現(xiàn)在宣稱，他們使用一種新的陽極設(shè)計(jì)克服了其中的許多問題。該小組使用一種鋅錳合金進(jìn)行了演示，不過它表示這種方法可以推廣到其他金屬合金。使用具有特殊納米結(jié)構(gòu)的合金不僅可以通過控制表面反應(yīng)熱力學(xué)和反應(yīng)動(dòng)力學(xué)來抑制樹枝狀物的形成，俄勒岡州立大學(xué)從事研究的化學(xué)工程師Zhenxing Feng說：“它還在苛刻的電化學(xué)條件下，在數(shù)千次循環(huán)中表現(xiàn)出超高的穩(wěn)定性?！?/p>

利用這些材料，加上陽極表面的3D納米結(jié)構(gòu)，該小組能夠更好地控制反應(yīng)，避免樹枝狀的形成。為了驗(yàn)證他們的方法，該小組制造了一個(gè)電池，并證明了在80mA／cm？的電流密度下，陽極可以穩(wěn)定、無樹枝狀物循環(huán)1000小時(shí)。

Feng說：“盡管這是一個(gè)新的發(fā)現(xiàn)，需要更多的測(cè)試才能完全理解，但該小組已經(jīng)開始討論他們方法的商業(yè)潛力。我們的理論和實(shí)驗(yàn)研究證明，3D合金陽極具有前所未有的界面穩(wěn)定性，這是由合金表面的鋅的有利擴(kuò)散通道實(shí)現(xiàn)的。這項(xiàng)合作工作所展示的概念很可能為水性和非水性電池的高性能合金陽極設(shè)計(jì)帶來范式轉(zhuǎn)變，為電池行業(yè)帶來革命性的變化。”

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