美國呼吁制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，以便可充電鋅電池與鋰離子實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)互補(bǔ)

導(dǎo)讀：由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，可充電鋅金屬電池?zé)o法與鋰離子實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)互補(bǔ)。美國的一個(gè)研究小組現(xiàn)在呼吁制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，提高鈮效率和鋅電解質(zhì)的穩(wěn)定性，從而使該技術(shù)可行。

來自美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室和馬里蘭大學(xué)的科學(xué)家提出了一系列策略，以幫助可充電鋅金屬電池達(dá)到商業(yè)可行性，并與其他儲(chǔ)能技術(shù)競爭。

研究人員將他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然能源》雜志上，題為“在可充電電池中實(shí)現(xiàn)高鋅可逆性”。他們說，這項(xiàng)技術(shù)需要實(shí)現(xiàn)極其可逆的鍍鋅／脫鋅，庫侖效率（CEs）接近100％。它測(cè)量電子在電池中轉(zhuǎn)移的充電效率。它是由從電池中提取的總電荷與整個(gè)循環(huán)中注入電池的總電荷的比值給出的。

可充電鋅金屬電池（RZMB）為現(xiàn)有鋰離子電池和新興鋰金屬電池提供了引人注目的補(bǔ)充，可以滿足未來不斷增長的儲(chǔ)能需求。最近的多項(xiàng)報(bào)道表明，優(yōu)化的電解質(zhì)通過實(shí)現(xiàn)極為可逆的鍍鋅／剝離，庫侖效率（CE）接近100％，解決了RZMB的一個(gè)世紀(jì)挑戰(zhàn)。

但是，已發(fā)布的測(cè)試方法和條件之間的差異嚴(yán)重困擾著電解質(zhì)性能的比較。缺乏嚴(yán)格和標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議正迅速成為正在進(jìn)行的研究和商業(yè)化努力的障礙。

研究人員表示這項(xiàng)技術(shù)的主要問題是鋅金屬和電極之間的相互作用，這是導(dǎo)致設(shè)備庫侖效率低下的原因。他們還指出了巨大的電壓極化和樹枝狀失效的傾向：“這兩種因素都困擾著鋅的可逆性長達(dá)幾個(gè)世紀(jì)，可以追溯到亞歷山德羅·沃爾塔的銅／鋅堆?！?/p>

他們說，在統(tǒng)一的條件下缺乏標(biāo)準(zhǔn)的CE測(cè)定協(xié)議——這妨礙了電解質(zhì)系統(tǒng)之間的有效比較——是目前阻礙類似電池商業(yè)化的原因。他們解釋說：“這不僅在準(zhǔn)確評(píng)估技術(shù)狀況方面造成了公眾的困惑，而且更重要的是，它阻止了研究人員開發(fā)和評(píng)估新材料，也阻礙了向最有前途的系統(tǒng)分配資源?！?/p>

為了解決這一問題，學(xué)者們對(duì)電化學(xué)鍍的可逆性和鋅金屬電極的剝離研究進(jìn)行了分析。分析的四個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是面積電流密度，每個(gè)周期的面積容量，鍍鋅的累積容量，以及相關(guān)的庫侖效率。他們的研究表明在報(bào)告的CE結(jié)果和鋅電池制造的相關(guān)性之間存在顯著的差距。

他們寫道：“循環(huán)伏安法（CV）除了作為初步篩選技術(shù)的作用外，在未來的研究中應(yīng)該排除對(duì)鋅或所有金屬基電池化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行CE測(cè)定的方法。”循環(huán)伏安法是一種電勢(shì)動(dòng)態(tài)電化學(xué)測(cè)量方法，通過循環(huán)工作電極的電位并測(cè)量產(chǎn)生的電流來實(shí)現(xiàn)。

作為一種替代方案，他們建議采用恒電流蓄水池CE方案，該方案具有電流密度、面積容量和上限截止電壓的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。他們將這種溶液定義為“一種強(qiáng)大的篩選工具，用于測(cè)量鋅體系的商業(yè)可行性，并建立對(duì)電鍍／剝離可逆性與鋅形態(tài)、枝晶形成和循環(huán)壽命之間聯(lián)系的更好的理解。”