替代电池技术进展

世界需要廉价而强大的电池来储存风能或阳光可持续产生的电力，这样我们就可以在需要时使用它，即使外面很黑或没有风。为我们的智能手机和电动汽车供电的最常见电池是锂离子电池。这些非常昂贵，因为全球对锂的需求正在飙升，而且这些电池也非常易燃。

水基锌电池为这些锂离子电池提供了一种很有前途的替代品。由苏黎世联邦理工学院领导的国际研究团队现在制定了一项战略，为此类锌电池的开发带来关键进展，使其更强大、更安全、更环保。

耐用性是一个挑战

锌电池有很多优势：锌储量丰富、价格低廉且回收基础设施成熟。此外，锌电池可以储存大量电能。最重要的是，锌电池不一定需要使用高度易燃的有机溶剂作为电解液，因为它们也可以使用水基电解液来制造。

如果没有工程师在开发这些电池时必须面对的挑战：当锌电池在高压下充电时，电解液中的水会在其中一个电极上发生反应，形成氢气。发生这种情况时，电解液会减少，电池性能也会下降。此外，这种反应会导致电池中产生过大的压力，这可能是危险的。另一个问题是在电池充电过程中会形成尖锐的锌沉积物，称为树突，它会刺穿电池，在最坏的情况下甚至会导致短路并使电池无法使用。

盐会使电池有毒

近年来，工程师们一直在寻求用盐来丰富含水液体电解质的策略，以保持尽可能低的水含量。但这也有缺点：它会使电解液变粘，从而大大减慢充电和放电过程。此外，许多使用的盐都含有氟，使它们有毒且对环境有害。

苏黎世联邦理工学院电化学能源系统教授 Maria Lukatskaya 现在与美国和瑞士多家研究机构的同事联手，系统地寻找水基锌离子电池的理想盐浓度。通过计算机模拟支持的实验，研究人员能够揭示理想的盐浓度并不像以前假设的那样是最高的，而是相对较低的：每个盐的正离子有 5 到 10 个水分子。

持久的性能和快速充电

更重要的是，研究人员没有使用任何对环境有害的盐来进行改进，而是选择了环保的乙酸盐，称为醋酸盐。Lukatskaya 小组的博士生、论文的主要作者 Dario Gomez Vazquez 说：“有了理想浓度的醋酸盐，我们能够最大限度地减少电解质的消耗并防止锌枝晶的形成，就像其他科学家以前使用高浓度有毒盐所做的那样。”研究。“此外，通过我们的方法，电池可以更快地充电和放电。”

到目前为止，ETH 研究人员已经在相对较小的实验室规模上测试了他们的新电池策略。下一步将是扩大这种方法，看看它是否也可以转化为大型电池。理想情况下，这些可能有一天被用作电网中的存储单元以补偿波动，或者在单户住宅的地下室中允许白天产生的太阳能在晚上使用。

正如 ETH 教授 Lukatskaya 解释的那样，在锌电池为市场做好准备之前，仍有一些挑战需要克服：电池由两个电极(阳极和阴极)以及它们之间的电解液组成。“我们表明，通过调整电解质成分，可以实现锌阳极的有效充电，”她说。“然而，展望未来，还必须优化性能阴极材料，以实现耐用且高效的锌电池。”

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