生產穩定高能的水性二氧化錳鋅電池的設計策略

在過去十年左右的時間里，全球對可充電電池的需求呈指數增長，這是因為它們需要為越來越多的便攜式電子設備(例如智能手機，筆記本電腦，平板電腦，智能手表和健身追蹤器)供電。為了最有效地工作，可充電電池應具有較高的能量密度，但也應安全，穩定且環保。

盡管鋰離子電池(LIB)現在是最廣泛使用的可充電能量存儲系統中的一部分，但它們包含的揮發性高的有機電解質會大大降低其安全性。因此，近年來，研究人員一直在嘗試尋找不含易燃和不穩定電解質的新型電池成分。

LIB的最有希望的替代品是基于不可燃且低成本水基電解質的電池，例如鉛酸和鋅錳電池。這些電池具有許多優點，包括更高的安全性和較低的生產成本。然而，到目前為止，與基于鋰的解決方案相比，它們的性能，工作電壓和可充電性受到了一定限制。

中國先進陶瓷與加工技術重點實驗室，復合材料與功能材料天津重點實驗室和中國天津大學的研究人員最近推出了一種新的設計策略，可以提高鋅錳氧化物(Zn–MnO 2)電池的性能。 。他們開發的方法發表在《自然能源》上的一篇論文中，該方法需要將電池內部的電解質解耦，以在Zn和MnO 2電極中實現最佳的氧化還原化學作用。

其中之一的鄭鐘教授說：“當我們組裝帶有新鮮電沉積的MnO 2的堿性Zn-MnO 2電池時，無意間發生了這種情況，該電池在MnO 2表面上殘留有H 2 SO 4(來自電沉積浴)。進行這項研究的研究人員告訴TechXplore。“組裝好的電池比常規的Zn-MnO 2電池具有更高的放電電壓，這鼓勵我們將事情歸結為基本知識，為我們的研究奠定了基礎。”

鐘教授和他的同事發現，他們的電解質解耦策略可以使開路電壓為2.83 V的Zn-MnO 2電池性能更好。考慮到更常規的Zn-MnO 2電池通常具有1.5V的電壓。

使用其電解質解耦策略制造的電池(稱為DZBM)的容量在連續使用并充電200小時后僅下降了2%。此外，在各種放電電流密度下，電池可保持其容量的100%。值得注意的是，研究人員證明，使用他們的方法制造的電池也可以與風力和光伏混合動力系統集成，從而進一步提高了其可持續性。

鐘教授解釋說：“電解質去耦策略旨在同時實現Zn和MnO 2電極的最佳氧化還原化學。” 將MnO 2陰極和Zn陽極的工作條件解耦，以在單個電池中實現酸性MnO 2和堿性Zn氧化還原反應。與傳統的堿性Zn-MnO 2電池相比，所得的DZMB電池具有更高的工作電壓和更長的循環壽命。”

將來，鐘教授和他的同事們提出的新設計策略可用于生產低成本，安全但又具有異常高的開路電壓和延長的循環壽命的新型Zn-MnO 2電池。 。值得注意的是，相同的策略也可以用于增強其他鋅基水性電池的性能，包括具有Zn-Cu和Zn-Ag成分的那些。

鐘教授說：“由于最新的離子選擇膜的成本和性能仍然不能令人滿意，因此我們未來的研究將集中在不使用膜的去耦設計研究上。”