化學家開發出有前途的廉價可持續的電池用于電網儲能

滑鐵盧大學的化學家開發出了一種長效的鋅離子電池，其價格僅為目前鋰離子電池價格的一半，可以幫助社區從傳統的發電廠轉向可再生的太陽能和風能生產。

滑鐵盧科學學院的Linda Nazar教授和她的同事做出了重要發現，該發現發表在《自然能源》雜志上。

該電池使用安全，不易燃，無毒的材料和pH值中性的水鹽。它由水基電解質，帶柱狀的釩氧化物正極和廉價的金屬鋅負極組成。電池通過稱為插層的可逆過程發電，在該過程中，帶正電的鋅離子從鋅金屬負極中被氧化，穿過電解質，并插入正極中的釩氧化物納米片層之間。這驅動了電子在外部電路中的流動，從而產生了電流。反向過程需要付費。

該電池代表了固態材料中鋅離子嵌入的首次演示，該材料滿足四個重要標準：高可逆性，速率和容量，并且不形成鋅枝晶。它提供了1,000多個循環，保留了80%的容量，估計的能量密度為每升450瓦時。鋰離子電池也可以通過嵌入鋰離子來運行，但是它們通常使用昂貴的，易燃的有機電解質。

加拿大固態能源材料研究主席，化學系大學研究教授納扎爾說：“全球對可持續能源的需求促使人們尋求一種可靠，低成本的存儲方式。” “我們開發的水性鋅離子電池是此類應用的理想選擇，因為它價格相對便宜并且本質上是安全的。”

未來十年，全球儲能市場預計將增長到250億美元。制造商的好處是他們可以低成本生產這種鋅電池，因為其制造不需要特殊條件，例如超低濕度或處理鋰離子電池所需的易燃材料。

Nazar實驗室的博士后研究員，該論文的第一作者Dipan Kundu說：“過去的重點是最小化便攜式電子市場和汽車的尺寸和重量。” “網格存儲需要不同類型的電池，這使我們獲得了研究不同材料的許可。”

電解液中的水不僅促進鋅離子的移動，而且還膨脹了兩層板之間的空間，就像婚禮蛋糕的層狀結構一樣，為鋅提供了足夠的空間，可以隨著電池循環進入和離開正極結構。電極材料的納米級尺寸和電池的高電導率水性電解質也提高了其循環壽命和響應時間。

Nazar的小組與聯合能源存儲研究中心的研究人員一起，正在研究非水電解質中基于Mg2 +的多價離子嵌入電池。他們是第一個在TiS2硫代松油和層狀硫化物中報告高度可逆的Mg循環的化合物，這代表了15多年來首次報道的新型高性能Mg插入材料。他們的論文發表在今年早些時候的《能源與環境科學》和《 ACS能源快報》上。