新型鋅碘電池獲新進展 將更安全更環(huán)保

傳統(tǒng)電池的安全問題幾多詬病，彎曲、折疊會破壞其剛性結(jié)構(gòu)，易燃的有機電解液總是不少安全事故的源頭，而無機固態(tài)電解質(zhì)探索卡在了電阻較大的門檻上……隨著研究深入，華東師范大學發(fā)現(xiàn)由碘和鋅組成的鋅碘電池既環(huán)境友好，又能滿足一定的能量密度需求，并且柔性鋅碘電池在彎曲、折疊情況下依舊可以保持原有能量密度，不影響設備續(xù)航時間。

據(jù)了解，這款電池將于周三（19日）亮相在即將開幕的第20屆中國國際工業(yè)博覽會上，隨著研究開發(fā)推進，無污染、高安全、長壽命且具有合適充電時間的新型鋅碘電池，可以應用于日常生活、交通出行等各個領域。其柔性可能完全改變數(shù)字化生活。

無毒性：鋅碘水溶環(huán)境友好

華東師范大學信息科學技術(shù)學院研究員、博士生導師王連衛(wèi)介紹說，目前研究比較多的仍是鋰離子電池，此外鋰空氣電池、石墨烯電池也是關注熱點，然而，“這一類電池主要使用的是易燃的有機電解液?！?安全問題始終是電池繞不開的問題，盡管也有研究人員在探索無機固態(tài)電解質(zhì)，如“鋰砱氧氮”等，但目前電阻較大，還無法在車用動力電池中使用。

課題組成員裝配的柔性鋅碘電池初期樣品

不僅手機，許多因電池爆炸或損壞造成的安全事故也是觸目驚心的。王連衛(wèi)團隊發(fā)現(xiàn)，其實，人們熟悉的鋅和碘都是環(huán)境友好材料，碘化鋅（ZnI2）水溶液無毒且不易燃燒，所以由碘和鋅組成的鋅碘電池也是符合環(huán)保要求的。已有研究表明，這種電池的能量密度已經(jīng)超過常用的磷酸鐵鋰電池，應是很有前途的電池。但他們遇到的最大挑戰(zhàn)在于，已見報道的鋅碘電池都是液流電池，這種液流的架構(gòu)結(jié)構(gòu)復雜，且體積龐大，很難應用于日常生活。

為此，王連衛(wèi)課題組必須對傳統(tǒng)意義上的鋅碘電池進行大刀闊斧的“改革”。他們多年來在電極材料、電池隔膜、電池整體結(jié)構(gòu)等方面進行大量探索，在鋅溴電池及鋅碘電池領域研究成果的豐厚基礎上，課題組研究發(fā)現(xiàn)，這類新型電池的充放電過程中，導致了電池內(nèi)離子交換膜的兩邊產(chǎn)生壓差，如不采取附加的液流架構(gòu)，電池結(jié)構(gòu)就可能不穩(wěn)定，甚至被損壞。

經(jīng)過不斷實驗探索，課題組采用人工修飾的回流通道，成功解決了這一老大難問題。王連衛(wèi)向解放日報·上觀新聞記者展示了兩張圖，進行前后對比：第一張圖顯示傳統(tǒng)型的鋅碘電池工作原理，電池主體的兩邊各有液流架構(gòu)，分別是藍色液體代表的鋅離子，和紅色液體代表的碘離子；而第二張圖則是改進型鋅碘電池的工作原理，可以看出這種新結(jié)構(gòu)電池舍去了液流架構(gòu)，體積相應減小，可用性則增加，比如可用于照明、電動自行車、電動汽車等領域。

液流結(jié)構(gòu)鋅碘電池工作原理圖

經(jīng)過改進的鋅碘電池工作原理圖

王連衛(wèi)等還研究發(fā)現(xiàn)，這種電池具有自修復特性，即使過度放電，也可以恢復。他表示，鋅碘電池有較好的充放電循環(huán)特性，可以做多次循環(huán)。比如，美國西北大學已有研究表明，在液流電池上的充放電循環(huán)已經(jīng)可以超過4500次。課題組預計非液流電池的差別不會太大，“可以說鋅碘電池是一種長壽命電池。”

課題組預期，由于鋅碘電池本身具有較高的容量且使用的主要材料并非易燃易爆之物，其研發(fā)成功和投入應用，不僅可取代對壞境有害的鉛蓄電池在日常生活中的大量使用，也可促進安全性車用電池研發(fā)，還可以用它來替代易發(fā)生電池安全事故的鋰電池，真正做到綠色出行、安全消費。

值得注意的是，從鋅碘電池工作原理可見，如果電池包裝材料全部換成柔性材料，它仍然可以工作?！斑@意味著，我們可以制作可彎曲的柔性鋅碘電池，滿足當下柔性電子產(chǎn)品、可穿戴設備的快速發(fā)展需求?！?王連衛(wèi)表示，事實上，正是因為傳統(tǒng)電池是剛性的，在彎曲、折疊時，容易發(fā)生嚴重安全問題；而柔性鋅碘電池在保持良好柔性同時，仍能保持原有的能量密度，不影響設備續(xù)航時間?！叭嵝噪姵厥侨嵝噪娮赢a(chǎn)品的核心部件，這方面的應用前景還很廣闊。”

據(jù)悉，目前課題組正在和滬上電池隔膜研制單位合作，旨在進一步降低電池電阻，爭取率先應用于電動汽車。