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锌锰纳米合金阳极电池迈出技术创新一大步

美国俄勒冈州立大学工程学院的研究人员发明了一种使用锌锰纳米合金作为阳极、用水作为电解液的电池,将带来电池设计和制造上的创新变革。

锌锰纳米合金阳极电池迈出技术创新一大步

电动汽车充电示意图。这种电池用锌锰合金作为阳极材料,用廉价的材料——海水即可作为电池的电解液,比普通电池的材料更安全、成本更低。俄勒冈州立大学化学工程研究员冯振兴(Zhenxing Feng,音译)说:“用水作为电解质溶剂的电池近年来发展迅速,这是一种比锂离子电池更安全的替代方案。”所有的电池都包括阳极、阴极、隔膜和电解质这些基本部件,都是把能量以化学能量的方式储存,再通过反应转化为电能输出,机车、手机、笔记本电脑和大量电子设备都需要用到。现在最广泛使用的电池是锂离子电池。冯振兴说:“锂离子电池内的电解质一般溶解于有机溶剂,这些溶剂易燃,而且在高电压环境下容易分解。因此存在安全顾虑。此外在电极和电解质接触的地方还容易产生锂枝晶而导致短路。”锂电池的事故近年来发生过数起。2013年一架停在机场的波音787客机起火;2016年一部三星Galaxy Note 7手机爆炸;2019年特斯拉Model S轿车起火。

冯振兴说,用水作为电解液的电池没有这样的隐患,而且具有成本更经济,充电周期快、功率密度大等优点。这类电池的发展目前受限于输出电压有限、能量密度低等缺点。具有更高能量密度的电池能储存更多的能量、具有更高功率密度的电池则能够更快地释放更多能量。俄勒冈州立大学研究组设计的新型电池,使用锌锰纳米合金作为阳极材料,用水作为电解液。“使用特殊纳米结构的合金材料,不仅能够抑制枝晶的生成,而且在苛刻的电化学条件下充放电数千次,展现了超强的稳定性。”冯振兴说:“我们还用海水代替高纯度去离子水作为电解液进行实验,我们的研究和实验证明了用纳米合金材料作为阳极的电池具有前所未有的稳定性,展示了这种电池投入商业规模生产的潜力。”这项研究1月12日发表在《自然・通讯》(Nature Communications)期刊上。

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