中國儲能網訊：據外媒報道，俄勒岡州立大學工程學院（Oregon State University College of Engineering）的研究人員利用新納米結構合金開發(fā)出一種電池負極，或將徹底改變儲能設備的設計和制造方式。
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（圖片來源：俄勒岡州立大學）
采用這種鋅錳基合金，有望用更安全、更便宜、更豐富的海水，取代電池電解液中的常用溶劑。
俄亥俄州立大學化學工程研究員Zhenxing Feng表示：“目前，全球能源需求不斷增長，從技術上而言，如何開發(fā)下一代電化學儲能系統(tǒng)，使其具有高能量密度和長循環(huán)壽命，仍然具有挑戰(zhàn)性。相對于鋰離子電池來說，水性電池以水基導電溶液為電解液，是一種更加安全的新興替代品。然而，水性體系的能量密度較低，水又會與鋰發(fā)生反應，進一步阻礙了水基電池的廣泛應用。
電池以化學能的形式儲存電力，并通過反應將其轉化為電能，用以驅動車輛、手機、筆記本電腦和許多其他設備和機器。鋰電池主要由正極、負極、隔膜和電解液等構成，正負極通常由不同的材料制成，而電解液是一種允許電荷流動的化學介質。
顧名思義，在鋰離子電池的放電過程中，鋰離子攜帶電荷，通過電解液從負極移動至正極，然后在充電過程中再次返回。Feng表示：“在鋰離子電池中，電解液通常溶解在有機溶劑中。這種溶劑易燃，而且在高運行電壓下經常發(fā)生分解。”因此，存在很大的安全隱患，比如在電極-電解質界面生長的鋰枝晶能刺穿隔膜，導致正負極短路，并引起電池自燃。
作為安全和可擴展儲能替代方案，水性電池極具發(fā)展前景。水性電解液具有成本競爭力，對環(huán)境污染少，而且能夠快速充電，提供高功率密度，可高度容忍誤操作。然而，由于輸出電壓有限，能量密度較低，其大規(guī)模應用受到阻礙（能量密度較高的電池儲存的能量更多，而功率密度較高的電池可以更快地釋放大量能量)。
俄勒岡州立大學、中佛羅里達大學和休斯頓大學的研究人員設計了一種由三維“鋅-M合金”構成的電池負極，其中M指的是錳和其他金屬。Feng表示：“采用這種具有特殊納米結構的合金，可以控制表面反應熱力和反應動力，從而抑制枝晶形成。在惡劣的電化學條件下，這種材料經過數千次循環(huán)，仍表現(xiàn)出超高穩(wěn)定性。而且，鋅可以傳遞比鋰多一倍的電荷，從而提高電池能量密度。
Feng和Maoyu Wang等研究人員采用X射線吸收光譜和成像技術，跟蹤負極在不同運行階段的原子和化學變化，以證實3D合金在電池中的功能。Feng表示，“我們用海水代替高純度去離子水作為電解液，并對我們的水基電池進行測試。通過我們的工作可以看出，這些電池具有大規(guī)模生產的商業(yè)潛力?！?
Feng表示：“研究表明，3D合金負極具有前所未有的界面穩(wěn)定性，這是通過鋅在合金表面的有利擴散通道實現(xiàn)的。此項研究展示的概念或將改變水性和非水性電池的高性能合金負極設計模式，給電池行業(yè)帶來革命性變化?！眻D片（來源：蓋世汽車/作者：Elisha）
