“电池”“图灵膜”全新上线锌电池再迎研究新路径

时间：2022-08-21 08:48:09来源：化工仪器网

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近年来，储能电池的关键材料、核心部件及电池系统设计等多个方面取得重大进展。如液流电池技术解决了其高性能电堆、关键材料、大规模储能系统集成等关键问题。如今，可再生能源快速发展，再次推动研究和开发以锌化学为基础的高能量密度储能器件。

近日，中国科学院大连化学物理研究所研究员李先锋团队通过膜材料的结构设计，实现了高面容量、高电流密度条件下锌均匀沉积过程，并对膜结构调控锌沉积过程的机理进行了详细地研究和探讨。该团队相关研究成果发表在《美国化学会志》上。

锌二次电池具有安全性高、成本低、能量密度高等优势，且与水性电解质具有良好的相容性。此外，它提高了电池的输出容量和放电性能，促使电池的充电效率、放电容量、放电性能等均得以突破性进展。锌电池在储能领域特别是用户侧储能领域具有较好的应用前景，将能源行业推向新一轮革命。

然而，锌在沉积过程中容易产生锌枝晶，在高面容量和高电流密度的工作条件下更为严重，影响电池的循环寿命。

针对此问题，李先锋团队经过多次实验，研发出一种具有表面有序波动条纹(Turing patterns)的新型聚合物膜(图灵膜)，可以实现在高面容量、高电流密度下的锌均匀沉积过程。在该设计中，膜表面条纹的波峰和波谷可以通过控制微区载流子通量，从而有效地调节Zn(OH)42-的分布，并提供更多的锌沉积空间。同时，膜形成过程中表面配位的铜离子与Zn(OH)42-相互作用，可进一步诱导锌的均匀沉积。

在80mA/cm2的较高电流密度下，采用图灵膜组装的碱性锌铁液流电池可以在160mAh/cm2的超高面容量条件下稳定工作，这为高稳定锌基二次电池的开发提供了新思路，这项研究促进了锌基电池的膜材料研究发展。

锌电池是一种具有巨大市场前景的化学电源。其放电性能稳定、容量大、成本低、低污染、可再生等特点备受市场喜爱。锌电池已经投入到应用中，并在电动自行车和滑板车等多种电动化机械中获得良好的使用效果。随着“图灵膜”的出现，未来锌电池技术也会前进一步，迎来广阔发展。

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