可充電鋅金屬電池(RZMB)可能是鋰離子電池的可行替代品，鋰離子電池目前用于為許多類型的電子設(shè)備以及電動(dòng)汽車供電。最近的研究表明，使用優(yōu)化的電解質(zhì)可能會(huì)導(dǎo)致RZMBs具有高度可逆的鍍鋅/剝離效果，庫侖效率(CE)接近100%。

但是，由于開始為RZMB設(shè)計(jì)最佳電解質(zhì)的團(tuán)隊(duì)使用了不同的實(shí)驗(yàn)方法，因此比較現(xiàn)有的電解質(zhì)并確定最有效的電解質(zhì)已證明具有挑戰(zhàn)性。在最近發(fā)表于《自然能源》上的一篇論文中，美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室(ARL)的研究人員回顧了這些電解質(zhì)開發(fā)的最新進(jìn)展，概述了一組可用于評(píng)估和比較其性能的方案。這項(xiàng)工作的主要作者是ARL杰出的博士后研究員Lin Ma。

兩位從事這項(xiàng)研究的研究人員Mashall A. Schroeder和Kang Xu通過電子郵件對(duì)TechXplore表示：“我們的研究重點(diǎn)是開發(fā)可用于消費(fèi)和軍用能量存儲(chǔ)應(yīng)用的下一代電池的變革性材料。” “在2018年秋天加入能源部能源存儲(chǔ)研究聯(lián)合中心(JCESR 2.0)之后，我們仔細(xì)研究了多價(jià)離子(Mg 2 +，Ca 2 +，Zn 2 +，Al 3+等。)電池系統(tǒng)，與Li相比，它有望提供獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，但以解決重大的基本挑戰(zhàn)為代價(jià)。”

到目前為止，馬，施羅德，徐及其同事已經(jīng)決定將研究重點(diǎn)集中在帶有鋅金屬陽極的可充電電池上。這些電池與鋰基電池相比具有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鼈兊膯挝惑w積能量(5854 AhL-1)高得多，單位重量的能量較高(820 mAhg-1)。另外，鋅金屬比鋰豐富得多，因?yàn)榈貧ぶ械匿\含量更高。

盡管具有它們的有利特性，但到目前為止，由于在實(shí)際環(huán)境中使用電池時(shí)鋅金屬陽極的循環(huán)可逆性差，因此很少有公司考慮大規(guī)模生產(chǎn)RZMB?？傮w而言，過去評(píng)估RZMB的研究得出的結(jié)果參差不齊，有時(shí)甚至相互矛盾，因此沒有提供足夠的證據(jù)來支持其商業(yè)化。

Ma，Schroeder，Xu及其同事進(jìn)行的這項(xiàng)研究的主要目的是為RZMBs的最新發(fā)展畫上一幅清晰的圖，同時(shí)還建議使用標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議以幫助確定這種新型電池技術(shù)的價(jià)值。在將來。研究人員在論文中介紹了商業(yè)目標(biāo)，并概述了一套可用于評(píng)估新RZMB的嚴(yán)格方法。

“可充電電池系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)是庫侖效率(CE，%)，它是可以從一個(gè)電池中提取的總電荷與一個(gè)完整周期中放入電池的總電荷之間的關(guān)系，施羅德和徐解釋道。“這是可逆性的關(guān)鍵指標(biāo)，它表明電池是否可以充電以及可以循環(huán)多少次。在RZMB中，這主要取決于可電化學(xué)電鍍和剝離鋅的方式，但是這種行為通常在很大程度上取決于實(shí)驗(yàn)條件被研究人員采用。”

Ma，Schroeder和Xu在他們的論文中重點(diǎn)介紹了許多可能影響鋅可逆性的實(shí)驗(yàn)條件，包括循環(huán)速度/緩慢(即電流密度-mA cm -2)以及鍍鋅/剝離的量。每個(gè)循環(huán)(單位面積容量mAh cm -2)。此外，在回顧過去評(píng)估電解質(zhì)系統(tǒng)或提高RZMBs性能的方法的工作時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)許多團(tuán)隊(duì)使用電流密度和面容量的不一致或不切實(shí)際的值進(jìn)行了測(cè)試。

Schroeder和Xu說：“在對(duì)約20個(gè)有關(guān)該主題的已發(fā)表研究進(jìn)行了首次全面比較之后，我們發(fā)現(xiàn)已發(fā)表的測(cè)試方法和參數(shù)存在顯著差異，并且與商用鋅金屬電池目標(biāo)的對(duì)準(zhǔn)性很差。” “這導(dǎo)致在評(píng)估這些系統(tǒng)的相對(duì)性能和商業(yè)可行性時(shí)造成混亂。”

最近的論文介紹了一套有價(jià)值的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，可用于更可靠地評(píng)估RZMB，確定其真正的庫侖效率。將來，這些協(xié)議可以為試圖開發(fā)RZMB并測(cè)試其鋅可逆性的團(tuán)隊(duì)提供指導(dǎo)，從而可能增強(qiáng)不同研究工作之間的一致性和一致性。

Schroeder和Xu表示：“電池是復(fù)雜的電化學(xué)系統(tǒng)，有多種方法可以改善性能，包括使用先進(jìn)的電解質(zhì)，表面處理和新穎的電極結(jié)構(gòu)。” “在現(xiàn)場(chǎng)采用之前，從這個(gè)角度來看，結(jié)論和推薦方法有可能統(tǒng)一鋅金屬電池的開發(fā)工作，簡(jiǎn)化這一有前途的系統(tǒng)的商業(yè)化進(jìn)程，并最終使人們可以獲得比鋰基電池更安全，更可持續(xù)的電池技術(shù)單位體積能量得到改善的系統(tǒng)。”

Ma，Schroeder，Xu及其同事現(xiàn)在計(jì)劃繼續(xù)開發(fā)用于下一代電池技術(shù)的高級(jí)水性(即水基)和非水性電解質(zhì)。作為此過程的一部分，他們還試圖對(duì)影響RZMB可逆性的因素獲得詳細(xì)的基礎(chǔ)了解，以便確定可以改善其性能的方法。