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世界需要廉價(jià)而強(qiáng)大的電池來(lái)儲(chǔ)存風(fēng)能或陽(yáng)光可持續(xù)產(chǎn)生的電力

，這樣我們就可以在需要時(shí)使用它，即使外面很黑或沒(méi)有風(fēng)

。為我們的智能手機(jī)和電動(dòng)汽車供電的最常見(jiàn)電池是鋰離子電池

。這些非常昂貴，因?yàn)槿驅(qū)︿嚨男枨笳陲j升

，而且這些電池也非常易燃

。

水基鋅電池為這些鋰離子電池提供了一種很有前途的替代品。由蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)的國(guó)際研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在制定了一項(xiàng)戰(zhàn)略

，為此類鋅電池的開(kāi)發(fā)帶來(lái)關(guān)鍵進(jìn)展

，使其更強(qiáng)大、更安全

、更環(huán)保

。

耐用性是一個(gè)挑戰(zhàn)

【資料圖】

鋅電池有很多優(yōu)勢(shì)：鋅儲(chǔ)量豐富、價(jià)格低廉且回收基礎(chǔ)設(shè)施成熟

。此外

，鋅電池可以儲(chǔ)存大量電能。最重要的是

，鋅電池不一定需要使用高度易燃的有機(jī)溶劑作為電解液

，因?yàn)樗鼈円部梢允褂盟娊庖簛?lái)制造。

如果沒(méi)有工程師在開(kāi)發(fā)這些電池時(shí)必須面對(duì)的挑戰(zhàn)：當(dāng)鋅電池在高壓下充電時(shí)

，電解液中的水會(huì)在其中一個(gè)電極上發(fā)生反應(yīng)

，形成氫氣。發(fā)生這種情況時(shí)

，電解液會(huì)減少

，電池性能也會(huì)下降。此外

，這種反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致電池中產(chǎn)生過(guò)大的壓力

，這可能是危險(xiǎn)的。另一個(gè)問(wèn)題是在電池充電過(guò)程中會(huì)形成尖銳的鋅沉積物

，稱為樹(shù)突

，它會(huì)刺穿電池，在最壞的情況下甚至?xí)?dǎo)致短路并使電池?zé)o法使用

。

鹽會(huì)使電池有毒

近年來(lái)

，工程師們一直在尋求用鹽來(lái)豐富含水液體電解質(zhì)的策略

，以保持盡可能低的水含量。但這也有缺點(diǎn)：它會(huì)使電解液變粘

，從而大大減慢充電和放電過(guò)程

。此外，許多使用的鹽都含有氟

，使它們有毒且對(duì)環(huán)境有害

。

蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院電化學(xué)能源系統(tǒng)教授 Maria Lukatskaya 現(xiàn)在與美國(guó)和瑞士多家研究機(jī)構(gòu)的同事聯(lián)手

，系統(tǒng)地尋找水基鋅離子電池的理想鹽濃度

。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬支持的實(shí)驗(yàn)，研究人員能夠揭示理想的鹽濃度并不像以前假設(shè)的那樣是最高的

，而是相對(duì)較低的：每個(gè)鹽的正離子有 5 到 10 個(gè)水分子

。

持久的性能和快速充電

更重要的是，研究人員沒(méi)有使用任何對(duì)環(huán)境有害的鹽來(lái)進(jìn)行改進(jìn)

，而是選擇了環(huán)保的乙酸鹽

，稱為醋酸鹽。Lukatskaya 小組的博士生

、論文的主要作者 Dario Gomez Vazquez 說(shuō)：“有了理想濃度的醋酸鹽

，我們能夠最大限度地減少電解質(zhì)的消耗并防止鋅枝晶的形成，就像其他科學(xué)家以前使用高濃度有毒鹽所做的那樣

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！按送?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，通過(guò)我們的方法，電池可以更快地充電和放電

?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">！?/p>

到目前為止，ETH 研究人員已經(jīng)在相對(duì)較小的實(shí)驗(yàn)室規(guī)模上測(cè)試了他們的新電池策略

。下一步將是擴(kuò)大這種方法

，看看它是否也可以轉(zhuǎn)化為大型電池。理想情況下

，這些可能有一天被用作電網(wǎng)中的存儲(chǔ)單元以補(bǔ)償波動(dòng)

，或者在單戶住宅的地下室中允許白天產(chǎn)生的太陽(yáng)能在晚上使用。

正如 ETH 教授 Lukatskaya 解釋的那樣

，在鋅電池為市場(chǎng)做好準(zhǔn)備之前

，仍有一些挑戰(zhàn)需要克服：電池由兩個(gè)電極(陽(yáng)極和陰極)以及它們之間的電解液組成?div id="m50uktp" class="box-center"> ！拔覀儽砻?div id="m50uktp" class="box-center"> ，通過(guò)調(diào)整電解質(zhì)成分，可以實(shí)現(xiàn)鋅陽(yáng)極的有效充電，”她說(shuō)

?div id="m50uktp" class="box-center"> ！叭欢雇磥?lái)

，還必須優(yōu)化性能陰極材料

，以實(shí)現(xiàn)耐用且高效的鋅電池?div id="m50uktp" class="box-center"> ！?/p>

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