中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：據(jù)外媒報(bào)道，俄勒岡州立大學(xué)工程學(xué)院（Oregon State University College of Engineering）的研究人員利用新納米結(jié)構(gòu)合金開發(fā)出一種電池負(fù)極，或?qū)氐赘淖儍?chǔ)能設(shè)備的設(shè)計(jì)和制造方式。
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（圖片來源：俄勒岡州立大學(xué)）
采用這種鋅錳基合金，有望用更安全、更便宜、更豐富的海水，取代電池電解液中的常用溶劑。
俄亥俄州立大學(xué)化學(xué)工程研究員Zhenxing Feng表示：“目前，全球能源需求不斷增長(zhǎng)，從技術(shù)上而言，如何開發(fā)下一代電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)，使其具有高能量密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命，仍然具有挑戰(zhàn)性。相對(duì)于鋰離子電池來說，水性電池以水基導(dǎo)電溶液為電解液，是一種更加安全的新興替代品。然而，水性體系的能量密度較低，水又會(huì)與鋰發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)一步阻礙了水基電池的廣泛應(yīng)用。
電池以化學(xué)能的形式儲(chǔ)存電力，并通過反應(yīng)將其轉(zhuǎn)化為電能，用以驅(qū)動(dòng)車輛、手機(jī)、筆記本電腦和許多其他設(shè)備和機(jī)器。鋰電池主要由正極、負(fù)極、隔膜和電解液等構(gòu)成，正負(fù)極通常由不同的材料制成，而電解液是一種允許電荷流動(dòng)的化學(xué)介質(zhì)。
顧名思義，在鋰離子電池的放電過程中，鋰離子攜帶電荷，通過電解液從負(fù)極移動(dòng)至正極，然后在充電過程中再次返回。Feng表示：“在鋰離子電池中，電解液通常溶解在有機(jī)溶劑中。這種溶劑易燃，而且在高運(yùn)行電壓下經(jīng)常發(fā)生分解?！币虼?，存在很大的安全隱患，比如在電極-電解質(zhì)界面生長(zhǎng)的鋰枝晶能刺穿隔膜，導(dǎo)致正負(fù)極短路，并引起電池自燃。
作為安全和可擴(kuò)展儲(chǔ)能替代方案，水性電池極具發(fā)展前景。水性電解液具有成本競(jìng)爭(zhēng)力，對(duì)環(huán)境污染少，而且能夠快速充電，提供高功率密度，可高度容忍誤操作。然而，由于輸出電壓有限，能量密度較低，其大規(guī)模應(yīng)用受到阻礙（能量密度較高的電池儲(chǔ)存的能量更多，而功率密度較高的電池可以更快地釋放大量能量)。
俄勒岡州立大學(xué)、中佛羅里達(dá)大學(xué)和休斯頓大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)了一種由三維“鋅-M合金”構(gòu)成的電池負(fù)極，其中M指的是錳和其他金屬。Feng表示：“采用這種具有特殊納米結(jié)構(gòu)的合金，可以控制表面反應(yīng)熱力和反應(yīng)動(dòng)力，從而抑制枝晶形成。在惡劣的電化學(xué)條件下，這種材料經(jīng)過數(shù)千次循環(huán)，仍表現(xiàn)出超高穩(wěn)定性。而且，鋅可以傳遞比鋰多一倍的電荷，從而提高電池能量密度。
Feng和Maoyu Wang等研究人員采用X射線吸收光譜和成像技術(shù)，跟蹤負(fù)極在不同運(yùn)行階段的原子和化學(xué)變化，以證實(shí)3D合金在電池中的功能。Feng表示，“我們用海水代替高純度去離子水作為電解液，并對(duì)我們的水基電池進(jìn)行測(cè)試。通過我們的工作可以看出，這些電池具有大規(guī)模生產(chǎn)的商業(yè)潛力?！?
Feng表示：“研究表明，3D合金負(fù)極具有前所未有的界面穩(wěn)定性，這是通過鋅在合金表面的有利擴(kuò)散通道實(shí)現(xiàn)的。此項(xiàng)研究展示的概念或?qū)⒏淖兯院头撬噪姵氐母咝阅芎辖鹭?fù)極設(shè)計(jì)模式，給電池行業(yè)帶來革命性變化?！眻D片（來源：蓋世汽車/作者：Elisha）
