在過去十年左右的時(shí)間里，全球?qū)沙潆婋姵氐男枨蟪手笖?shù)增長(zhǎng)，這是因?yàn)樗鼈冃枰獮樵絹碓蕉嗟谋銛y式電子設(shè)備(例如智能手機(jī)，筆記本電腦，平板電腦，智能手表和健身追蹤器)供電。為了最有效地工作，可充電電池應(yīng)具有較高的能量密度，但也應(yīng)安全，穩(wěn)定且環(huán)保。

盡管鋰離子電池(LIB)現(xiàn)在是最廣泛使用的可充電能量存儲(chǔ)系統(tǒng)中的一部分，但它們包含的揮發(fā)性高的有機(jī)電解質(zhì)會(huì)大大降低其安全性。因此，近年來，研究人員一直在嘗試尋找不含易燃和不穩(wěn)定電解質(zhì)的新型電池成分。

LIB的最有希望的替代品是基于不可燃且低成本水基電解質(zhì)的電池，例如鉛酸和鋅錳電池。這些電池具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括更高的安全性和較低的生產(chǎn)成本。然而，到目前為止，與基于鋰的解決方案相比，它們的性能，工作電壓和可充電性受到了一定限制。

中國先進(jìn)陶瓷與加工技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，復(fù)合材料與功能材料天津重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和中國天津大學(xué)的研究人員最近推出了一種新的設(shè)計(jì)策略，可以提高鋅錳氧化物(Zn–MnO 2)電池的性能。 。他們開發(fā)的方法發(fā)表在《自然能源》上的一篇論文中，該方法需要將電池內(nèi)部的電解質(zhì)解耦，以在Zn和MnO 2電極中實(shí)現(xiàn)最佳的氧化還原化學(xué)作用。

其中之一的鄭鐘教授說：“當(dāng)我們組裝帶有新鮮電沉積的MnO 2的堿性Zn-MnO 2電池時(shí)，無意間發(fā)生了這種情況，該電池在MnO 2表面上殘留有H 2 SO 4(來自電沉積浴)。進(jìn)行這項(xiàng)研究的研究人員告訴TechXplore。“組裝好的電池比常規(guī)的Zn-MnO 2電池具有更高的放電電壓，這鼓勵(lì)我們將事情歸結(jié)為基本知識(shí)，為我們的研究奠定了基礎(chǔ)。”

鐘教授和他的同事發(fā)現(xiàn)，他們的電解質(zhì)解耦策略可以使開路電壓為2.83 V的Zn-MnO 2電池性能更好。考慮到更常規(guī)的Zn-MnO 2電池通常具有1.5V的電壓。

使用其電解質(zhì)解耦策略制造的電池(稱為DZBM)的容量在連續(xù)使用并充電200小時(shí)后僅下降了2%。此外，在各種放電電流密度下，電池可保持其容量的100%。值得注意的是，研究人員證明，使用他們的方法制造的電池也可以與風(fēng)力和光伏混合動(dòng)力系統(tǒng)集成，從而進(jìn)一步提高了其可持續(xù)性。

鐘教授解釋說：“電解質(zhì)去耦策略旨在同時(shí)實(shí)現(xiàn)Zn和MnO 2電極的最佳氧化還原化學(xué)。” 將MnO 2陰極和Zn陽極的工作條件解耦，以在單個(gè)電池中實(shí)現(xiàn)酸性MnO 2和堿性Zn氧化還原反應(yīng)。與傳統(tǒng)的堿性Zn-MnO 2電池相比，所得的DZMB電池具有更高的工作電壓和更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。”

將來，鐘教授和他的同事們提出的新設(shè)計(jì)策略可用于生產(chǎn)低成本，安全但又具有異常高的開路電壓和延長(zhǎng)的循環(huán)壽命的新型Zn-MnO 2電池。 。值得注意的是，相同的策略也可以用于增強(qiáng)其他鋅基水性電池的性能，包括具有Zn-Cu和Zn-Ag成分的那些。

鐘教授說：“由于最新的離子選擇膜的成本和性能仍然不能令人滿意，因此我們未來的研究將集中在不使用膜的去耦設(shè)計(jì)研究上。”