随着电力交通市场的迅猛发展以及各种电子设备的层出不穷,对安全电池的需求愈发迫切。寻找下一代电池,成为学术界和产业界共同关注的焦点。日前,韩国科学技术研究院(KIST)储能研究中心宣布开发出下一代二次电池,这种电池使用金属锌作为负极和水系电解液,没有任何爆炸或起火危险。锌是一种储量丰富、安全且可回收的金属。
以金属锌作为电极、使用中性或微酸性水系电解液体系的锌电池,具有高安全性、低成本等优势,被认为是下一代具有产业化前景的储能技术之一。
在日益严重的环境污染和能源危机背景下,探索清洁、可再生的储能技术,对人类社会可持续发展十分重要。过去的数十年里,锂离子电池因其具有较高的能量密度、良好的循环稳定性和较低的自放电等特点,成为电池技术研究和产业应用的“宠儿”。然而,随着锂离子电池的应用普及,储量有限的锂资源、严重的安全隐患及成本高等问题,限制了锂离子电池在储能领域的大规模应用。近年来,锌电池受到越来越广泛的关注。
锌电池采用具有高容量、环境友好、成本低廉等优势的锌金属作为负极。相较于锂离子电池通过一价锂离子的输运实现能量存储,锌电池是通过二价锌离子进行能量存储,实现了两电子转移,具有更高的存储容量和安全性。锌电池优势比较明显,比如电解液采用高纯水加入合适的锌盐等添加剂调配,正负极材料不含锂、钴等稀缺金属。另外,该电池更易组装,且组装完全可以在空气中进行,不需要严格、苛刻的惰性气体保护等条件。
锌电池优势突出,但在正负极材料、电解液等方面仍存在着诸多亟待攻克的技术瓶颈和难题。正负电极材料的溶解和腐蚀问题就是难点之一。在周江看来,保证负极材料具有长期稳定性,包括搁置稳定和电化学反应稳定,是锌电池发展的主要瓶颈。他认为,“技术难点在核心材料的发展,要重点突破材料的创新。”
锌电池未来的市场主要有两类,一是诸如电动汽车电池等消费类电池,二是收集风能、太阳能等的大规模静态储能电池系统。而在电压窗口尚未突破的情况下,后者是短期内更具前景的应用场景。未来,还应在提高工作电压窗口、材料稳定性,以及深入了解储能和反应机理等问题上继续发力。