近日，南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院博士研究生張寧針對“水系鋅離子”電池設(shè)計出全新正極材料及電解液，使得鋅離子電池的效能、安全性、穩(wěn)定性等均有大幅提升和改進，相關(guān)科研成果發(fā)表在材料與化學(xué)類龍頭期刊《美國化學(xué)會志》。該成果現(xiàn)已申請專利。

張寧介紹：“鋰離子電池由于安全性和價格因素不利于在大規(guī)模儲能領(lǐng)域應(yīng)用。而由于鋅資源豐富廉價，同時水系電解液不存在易燃易爆隱患，其特點適合大規(guī)模儲能體系，如智能電網(wǎng)。所以，我們將研究目標(biāo)鎖定為‘水系鋅離子’電池?！?/p>

在正極材料方面，張寧及其團隊通過不斷探索優(yōu)化實驗條件，利用低溫溶液法成功合成了陽離子缺陷型ZnMn2O4用作正極。采用這種電極可逆容量達到150mAh/g，實現(xiàn)了Zn的有效儲存，大大提升了鋅離子電池的循環(huán)穩(wěn)定性，循環(huán)500次后，容量保持率高達94%。這一材料，是首次應(yīng)用于“水系鋅離子”電池中。在電解液設(shè)計方面，他們研究發(fā)現(xiàn)，三氟甲烷磺酸鋅作為大陰離子結(jié)構(gòu)的電解液，具備良好的鋅離子沉積、析出動力學(xué)，100%庫倫效率即可以實現(xiàn)快速充電且能量“零浪費”。

張寧說，鋅離子電池的使用不僅可以大大提升電池性能、安全穩(wěn)定性，還可以降低成本。特別是鋅資源廉價易得，更適于在生產(chǎn)實踐中大規(guī)模使用。張寧也坦言，這款電池正極材料能量密度較低，約為鋰離子電池正極材料的一半，因此目前更適用于大規(guī)模儲能體系，而不太適用于手機等便攜電子設(shè)備。（記者馮國梧）