滑鐵盧大學(xué)的化學(xué)家開發(fā)出了一種長效的鋅離子電池，其價(jià)格僅為目前鋰離子電池價(jià)格的一半，可以幫助社區(qū)從傳統(tǒng)的發(fā)電廠轉(zhuǎn)向可再生的太陽能和風(fēng)能生產(chǎn)。

滑鐵盧科學(xué)學(xué)院的Linda Nazar教授和她的同事做出了重要發(fā)現(xiàn)，該發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然能源》雜志上。

該電池使用安全，不易燃，無毒的材料和pH值中性的水鹽。它由水基電解質(zhì)，帶柱狀的釩氧化物正極和廉價(jià)的金屬鋅負(fù)極組成。電池通過稱為插層的可逆過程發(fā)電，在該過程中，帶正電的鋅離子從鋅金屬負(fù)極中被氧化，穿過電解質(zhì)，并插入正極中的釩氧化物納米片層之間。這驅(qū)動了電子在外部電路中的流動，從而產(chǎn)生了電流。反向過程需要付費(fèi)。

該電池代表了固態(tài)材料中鋅離子嵌入的首次演示，該材料滿足四個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)：高可逆性，速率和容量，并且不形成鋅枝晶。它提供了1,000多個(gè)循環(huán)，保留了80%的容量，估計(jì)的能量密度為每升450瓦時(shí)。鋰離子電池也可以通過嵌入鋰離子來運(yùn)行，但是它們通常使用昂貴的，易燃的有機(jī)電解質(zhì)。

加拿大固態(tài)能源材料研究主席，化學(xué)系大學(xué)研究教授納扎爾說：“全球?qū)沙掷m(xù)能源的需求促使人們尋求一種可靠，低成本的存儲方式。” “我們開發(fā)的水性鋅離子電池是此類應(yīng)用的理想選擇，因?yàn)樗鼉r(jià)格相對便宜并且本質(zhì)上是安全的。”

未來十年，全球儲能市場預(yù)計(jì)將增長到250億美元。制造商的好處是他們可以低成本生產(chǎn)這種鋅電池，因?yàn)槠渲圃觳恍枰厥鈼l件，例如超低濕度或處理鋰離子電池所需的易燃材料。

Nazar實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員，該論文的第一作者Dipan Kundu說：“過去的重點(diǎn)是最小化便攜式電子市場和汽車的尺寸和重量。” “網(wǎng)格存儲需要不同類型的電池，這使我們獲得了研究不同材料的許可。”

電解液中的水不僅促進(jìn)鋅離子的移動，而且還膨脹了兩層板之間的空間，就像婚禮蛋糕的層狀結(jié)構(gòu)一樣，為鋅提供了足夠的空間，可以隨著電池循環(huán)進(jìn)入和離開正極結(jié)構(gòu)。電極材料的納米級尺寸和電池的高電導(dǎo)率水性電解質(zhì)也提高了其循環(huán)壽命和響應(yīng)時(shí)間。

Nazar的小組與聯(lián)合能源存儲研究中心的研究人員一起，正在研究非水電解質(zhì)中基于Mg2 +的多價(jià)離子嵌入電池。他們是第一個(gè)在TiS2硫代松油和層狀硫化物中報(bào)告高度可逆的Mg循環(huán)的化合物，這代表了15多年來首次報(bào)道的新型高性能Mg插入材料。他們的論文發(fā)表在今年早些時(shí)候的《能源與環(huán)境科學(xué)》和《 ACS能源快報(bào)》上。