回顧最近為改善可充電電池中鋅陽極可逆性的努力

可充電鋅金屬電池(RZMB)可能是鋰離子電池的可行替代品，鋰離子電池目前用于為許多類型的電子設備以及電動汽車供電。最近的研究表明，使用優化的電解質可能會導致RZMBs具有高度可逆的鍍鋅/剝離效果，庫侖效率(CE)接近100%。

但是，由于開始為RZMB設計最佳電解質的團隊使用了不同的實驗方法，因此比較現有的電解質并確定最有效的電解質已證明具有挑戰性。在最近發表于《自然能源》上的一篇論文中，美國陸軍研究實驗室(ARL)的研究人員回顧了這些電解質開發的最新進展，概述了一組可用于評估和比較其性能的方案。這項工作的主要作者是ARL杰出的博士后研究員Lin Ma。

兩位從事這項研究的研究人員Mashall A. Schroeder和Kang Xu通過電子郵件對TechXplore表示：“我們的研究重點是開發可用于消費和軍用能量存儲應用的下一代電池的變革性材料。” “在2018年秋天加入能源部能源存儲研究聯合中心(JCESR 2.0)之后，我們仔細研究了多價離子(Mg 2 +，Ca 2 +，Zn 2 +，Al 3+等。)電池系統，與Li相比，它有望提供獨特的優勢，但以解決重大的基本挑戰為代價。”

到目前為止，馬，施羅德，徐及其同事已經決定將研究重點集中在帶有鋅金屬陽極的可充電電池上。這些電池與鋰基電池相比具有優勢，因為它們的單位體積能量(5854 AhL-1)高得多，單位重量的能量較高(820 mAhg-1)。另外，鋅金屬比鋰豐富得多，因為地殼中的鋅含量更高。

盡管具有它們的有利特性，但到目前為止，由于在實際環境中使用電池時鋅金屬陽極的循環可逆性差，因此很少有公司考慮大規模生產RZMB。總體而言，過去評估RZMB的研究得出的結果參差不齊，有時甚至相互矛盾，因此沒有提供足夠的證據來支持其商業化。

Ma，Schroeder，Xu及其同事進行的這項研究的主要目的是為RZMBs的最新發展畫上一幅清晰的圖，同時還建議使用標準化協議以幫助確定這種新型電池技術的價值。在將來。研究人員在論文中介紹了商業目標，并概述了一套可用于評估新RZMB的嚴格方法。

“可充電電池系統的主要性能指標是庫侖效率(CE，%)，它是可以從一個電池中提取的總電荷與一個完整周期中放入電池的總電荷之間的關系，施羅德和徐解釋道。“這是可逆性的關鍵指標，它表明電池是否可以充電以及可以循環多少次。在RZMB中，這主要取決于可電化學電鍍和剝離鋅的方式，但是這種行為通常在很大程度上取決于實驗條件被研究人員采用。”

Ma，Schroeder和Xu在他們的論文中重點介紹了許多可能影響鋅可逆性的實驗條件，包括循環速度/緩慢(即電流密度-mA cm -2)以及鍍鋅/剝離的量。每個循環(單位面積容量mAh cm -2)。此外，在回顧過去評估電解質系統或提高RZMBs性能的方法的工作時，他們發現許多團隊使用電流密度和面容量的不一致或不切實際的值進行了測試。

Schroeder和Xu說：“在對約20個有關該主題的已發表研究進行了首次全面比較之后，我們發現已發表的測試方法和參數存在顯著差異，并且與商用鋅金屬電池目標的對準性很差。” “這導致在評估這些系統的相對性能和商業可行性時造成混亂。”

最近的論文介紹了一套有價值的標準協議，可用于更可靠地評估RZMB，確定其真正的庫侖效率。將來，這些協議可以為試圖開發RZMB并測試其鋅可逆性的團隊提供指導，從而可能增強不同研究工作之間的一致性和一致性。

Schroeder和Xu表示：“電池是復雜的電化學系統，有多種方法可以改善性能，包括使用先進的電解質，表面處理和新穎的電極結構。” “在現場采用之前，從這個角度來看，結論和推薦方法有可能統一鋅金屬電池的開發工作，簡化這一有前途的系統的商業化進程，并最終使人們可以獲得比鋰基電池更安全，更可持續的電池技術單位體積能量得到改善的系統。”

Ma，Schroeder，Xu及其同事現在計劃繼續開發用于下一代電池技術的高級水性(即水基)和非水性電解質。作為此過程的一部分，他們還試圖對影響RZMB可逆性的因素獲得詳細的基礎了解，以便確定可以改善其性能的方法。