钜大LARGE | 点击量:4653次 | 2020年11月19日
锌电池能不能代替锂离子电池呢?
香港城市大学科学及工程学院副教授支春义说,以锌为基础的电池(以下简称锌电池)已有百年多历史,是世界上第二种商业化的电池,只比铅酸电池稍迟。不过,以往的锌电池重要是一次使用。此外,以往的锌电池的充放电性能一直不理想,充放电次数太少。直至3年多前,大学内研究的水系锌电池(其电解质含水),只可充放电100次至300次。
支春义和一批博士生在3年多前,开始研究水系锌电池,初期遇到很多困难。两年前,他们弃用强碱性电解质,改用弱酸性电解质,并将其中一个电极改用纳米二氧化锰材料,取得重大突破,将充放电次数大增至1000次以上;而且在充放电1000次后,其储电量仍然可以维持在最初的97%。
几年前,软性锂离子电池仍未真正商业化生产,他们希望开发软性水系锌电池,以满足市场应用和要,例如穿戴式电子产品等。由于水系锌电池的电解质原为液态,较难封装和较易泄漏,所以他们加入水凝胶,令电解质变成半固态,既可保持柔软和可弯曲的特性,同时较容易封装,万一封装出现破损,电解质也不会泄漏。
此外,由于水系锌电池的电解质含水,所以其本质就不易燃,比锂离子电池的有机电解质安全。经过改良后,他们研发的水系锌电池在极恶劣的工作环境中,如撞击、切割、火烧、弯折等,也不会爆炸或起火,并能够继续供应稳定的电源,安全程度大大提高。
支春义认为,由于电动汽车对续航力要求高,锂离子电池能量密度较高,相信仍会在这个市场占优势。但考虑到锂离子电池的安全性、成本以及锂金属在地球上的储量等因素,他相信,锂离子电池未来不太可能独霸所有充电池市场。
参与研发工作的博士生李洪飞和唐子杰均认为,锂离子电池由1996年开始在移动电话市场冒起,至今才不过20余年,在电动汽车市场的历史更短,所以锂的产量暂时未有问题。但随着部分国家限期要求汽车厂停产燃油车、全面转为生产纯电动汽车,可能引致锂产量不足和价格上升的问题。锌储量较多和成本较低,锌电池未来的前景值得看好,相信一定可以在充电池市场上占据席位。
最近,韩国KIST科学家研制出了不燃烧、不爆炸的环保型锌离子电池。根据这项研究,该团队的锌离子电池在经过1000次充放电循环后仍然拥有接近100%的存储容量,即使在极端条件下也能保持电化学稳定性(9000mA/g,充满充电和放电两分钟)。
基于这种稳定性,KIST的研究人员还用柔性纤维基底制造了锌离子电池,这种基底更容易弯曲,可以集成到衣服和编织袋中。据KIST的高级研究人员称,锌离子电池比锂离子电池的潜在风险更低,该团队希望作为下一代技术,锌离子电池对人类是安全的,不会引起爆炸或火灾。
目前,由于其优异的稳定性、电化学性能和简单的制造工艺,未来有机会在现实世界中发挥用途。