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改進(jìn)可充電金屬電池策略:儲(chǔ)能需求下可充電鋅金屬電池的商業(yè)化
日期:2020-08-25   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_caimengting 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]
由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程,可充電鋅金屬電池?zé)o法與鋰離子實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能技術(shù)互補(bǔ)。美國(guó)的一個(gè)研究小組現(xiàn)在呼吁制定標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程,提高鈮效率和鋅電解質(zhì)的穩(wěn)定性,從而使該技術(shù)可行。


來(lái)自美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室和馬里蘭大學(xué)的科學(xué)家提出了一系列策略,以幫助可充電鋅金屬電池達(dá)到商業(yè)可行性,并與其他儲(chǔ)能技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)。

研究人員將他們的發(fā)現(xiàn)發(fā)表在《自然能源》雜志上,題為“在可充電電池中實(shí)現(xiàn)高鋅可逆性”。他們說(shuō),這項(xiàng)技術(shù)需要實(shí)現(xiàn)極其可逆的鍍鋅/脫鋅,庫(kù)侖效率(CEs)接近100%。它測(cè)量電子在電池中轉(zhuǎn)移的充電效率。它是由從電池中提取的總電荷與整個(gè)循環(huán)中注入電池的總電荷的比值給出的。

可充電鋅金屬電池(RZMB)為現(xiàn)有鋰離子電池和新興鋰金屬電池提供了引人注目的補(bǔ)充,可以滿足未來(lái)不斷增長(zhǎng)的儲(chǔ)能需求。最近的多項(xiàng)報(bào)道表明,優(yōu)化的電解質(zhì)通過(guò)實(shí)現(xiàn)極為可逆的鍍鋅/剝離,庫(kù)侖效率(CE)接近100%,解決了RZMB的一個(gè)世紀(jì)挑戰(zhàn)。

但是,已發(fā)布的測(cè)試方法和條件之間的差異嚴(yán)重困擾著電解質(zhì)性能的比較。缺乏嚴(yán)格和標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議正迅速成為正在進(jìn)行的研究和商業(yè)化努力的障礙。

研究人員表示這項(xiàng)技術(shù)的主要問(wèn)題是鋅金屬和電極之間的相互作用,這是導(dǎo)致設(shè)備庫(kù)侖效率低下的原因。他們還指出了巨大的電壓極化和樹(shù)枝狀失效的傾向:“這兩種因素都困擾著鋅的可逆性長(zhǎng)達(dá)幾個(gè)世紀(jì),可以追溯到亞歷山德羅·沃爾塔的銅/鋅堆。”


他們說(shuō),在統(tǒng)一的條件下缺乏標(biāo)準(zhǔn)的CE測(cè)定協(xié)議——這妨礙了電解質(zhì)系統(tǒng)之間的有效比較——是目前阻礙類似電池商業(yè)化的原因。他們解釋說(shuō):“這不僅在準(zhǔn)確評(píng)估技術(shù)狀況方面造成了公眾的困惑,而且更重要的是,它阻止了研究人員開(kāi)發(fā)和評(píng)估新材料,也阻礙了向最有前途的系統(tǒng)分配資源。”

為了解決這一問(wèn)題,學(xué)者們對(duì)電化學(xué)鍍的可逆性和鋅金屬電極的剝離研究進(jìn)行了分析。分析的四個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是面積電流密度,每個(gè)周期的面積容量,鍍鋅的累積容量,以及相關(guān)的庫(kù)侖效率。他們的研究表明在報(bào)告的CE結(jié)果和鋅電池制造的相關(guān)性之間存在顯著的差距。

他們寫道:“循環(huán)伏安法(CV)除了作為初步篩選技術(shù)的作用外,在未來(lái)的研究中應(yīng)該排除對(duì)鋅或所有金屬基電池化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行CE測(cè)定的方法。”循環(huán)伏安法是一種電勢(shì)動(dòng)態(tài)電化學(xué)測(cè)量方法,通過(guò)循環(huán)工作電極的電位并測(cè)量產(chǎn)生的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)。

作為一種替代方案,他們建議采用恒電流蓄水池CE方案,該方案具有電流密度、面積容量和上限截止電壓的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。他們將這種溶液定義為“一種強(qiáng)大的篩選工具,用于測(cè)量鋅體系的商業(yè)可行性,并建立對(duì)電鍍/剝離可逆性與鋅形態(tài)、枝晶形成和循環(huán)壽命之間聯(lián)系的更好的理解。” 

原標(biāo)題:改進(jìn)可充電金屬電池策略:儲(chǔ)能需求下可充電鋅金屬電池的商業(yè)化
 
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