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為了能夠?qū)⒖稍偕?yáng)能和風(fēng)能儲(chǔ)存在電網(wǎng)上，以便在沒(méi)有陽(yáng)光和無(wú)風(fēng)的時(shí)候使用，科學(xué)家們正在研究多種不同類型的化學(xué)物質(zhì)，以用于大型-可用于電網(wǎng)存儲(chǔ)的規(guī)模電池。

一種稱為水性鋅離子電池(AZIB)的電池化學(xué)候選物已被確定為一種有前途的電網(wǎng)存儲(chǔ)技術(shù)，可以幫助最大限度地發(fā)揮可再生能源的優(yōu)勢(shì)。AZIBs的可承受性和安全性的基礎(chǔ)依賴于使用鋅，一種關(guān)鍵的可持續(xù)金屬，作為電池中的陽(yáng)極材料。

與商業(yè)化鋰離子電池中的鋰相比，鋅的天然含量更高，并且與水的相容性更高，因此可以直接使用具有成本效益、不易燃的水基電解質(zhì)。

然而，滑鐵盧大學(xué)的研究人員作為總部位于美國(guó)能源部(DOE)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的儲(chǔ)能研究聯(lián)合中心的一部分，在一項(xiàng)新研究中，科學(xué)家們提出，公開(kāi)文獻(xiàn)中的許多說(shuō)法都是錯(cuò)誤的被錯(cuò)誤地高估了，鋅離子電池仍然面臨著許多挑戰(zhàn)。一篇基于這項(xiàng)研究的論文“邁向用于電化學(xué)儲(chǔ)能的實(shí)用水性鋅離子電池”發(fā)表在8月11日的Joule網(wǎng)絡(luò)版上。

滑鐵盧大學(xué)教授LindaNazar說(shuō)：“鋅陽(yáng)極為水系鋅離子電池帶來(lái)了高安全性和低成本，因?yàn)樗鼘?duì)大多數(shù)水基電解質(zhì)都很穩(wěn)定。”學(xué)習(xí)?！叭欢?，在充放電循環(huán)過(guò)程中，鋅往往會(huì)以隨機(jī)和尖狀晶體的形式生長(zhǎng)——稱為樹(shù)枝狀晶體——這在給電池充電時(shí)很容易導(dǎo)致短路。盡管已經(jīng)報(bào)道了許多解決鋅枝晶問(wèn)題的策略，但只有少數(shù)它們可以滿足實(shí)際應(yīng)用的要求?！?/p>

挑戰(zhàn)也存在于陰極方面。根據(jù)Nazar的說(shuō)法，水基電解質(zhì)中的水分子可以自發(fā)地分解成氫氧根離子和質(zhì)子。雖然質(zhì)子在來(lái)回穿梭到電池陰極材料的過(guò)程中與鋅離子競(jìng)爭(zhēng)——這一過(guò)程稱為嵌入——但剩余的氫氧根離子可以與鋅結(jié)合。該反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生稱為層狀鋅雙氫氧化物的化合物，Nazar說(shuō)這些化合物會(huì)沉淀在陰極表面并“將鋅從方程式中移除，在非常有害的副反應(yīng)中使表面絕緣?！?/p>

在Nazar看來(lái)，鋅電池面臨的主要問(wèn)題是如何抑制水分活度。她說(shuō)，答案可能在于一種非水/水混合電解質(zhì)，它可以幫助隔離水，防止其離解?！斑@些電解質(zhì)已被證明在確保鋅離子插入主導(dǎo)化學(xué)方面非常有效，”她說(shuō)。

Nazar發(fā)現(xiàn)了一些涉及鋅電池的研究的另一個(gè)顯著缺點(diǎn)，斷言以極高循環(huán)率運(yùn)行電池的研究往往基于質(zhì)子插入而不是鋅嵌入?！颁\電池的超高速循環(huán)無(wú)助于大規(guī)模電網(wǎng)存儲(chǔ)，”她說(shuō)。“我們正試圖打破紀(jì)錄——僅以中等速率循環(huán)，然后進(jìn)行電解質(zhì)工程以抑制水離解?！?/p>

一篇基于這項(xiàng)研究的論文“邁向用于電化學(xué)儲(chǔ)能的實(shí)用水性鋅離子電池”發(fā)表在8月11日的Joule網(wǎng)絡(luò)版上。

關(guān)鍵詞： 科學(xué)家們 氫氧根離子 滑鐵盧大學(xué)