美海军研究实验室开发 更安全、廉价锌电池，或取代锂电池
美海军研究实验室开发
更安全、廉价锌电池，或取代锂电池
来源：Tech Xplore
编译：远望智库技术预警中心 温琳
美国海军研究实验室（NRL）化学部的研究人员近日开发出了一种更安全的锂离子电池替代品。锂离子电池因其易燃特性，最近在海军舰艇和其他军事平台上已被禁用。
锌基电池为易燃的锂电池提供了安全廉价的替代品。NRL开发了三维锌海绵，与传统的锌粉末复合电极相比，NRL的三维锌海绵在碱性电解质中循环时产生了优异的电化学性能。
NRL先进电化学材料小组的Joseph Parker，Jeffrey Long和Debra Rolison正在努力创建一个更安全的水基锌电池系列。他们已在镍-锌电池上取得突破，使用三维锌海绵替代传统使用的粉末状锌阳极。使用三维锌电极，电池就会具有与锂离子电池相抗衡的容量和充放电能力，同时避免锂电池的安全问题。
他们的研究发表在2017年4月28日出版的《科学》杂志上。参与该项研究的还包括前NRL职员Christopher Chervin，国家研究理事会博士后研究员Irina Pala以及行业合作伙伴Meinrad Machler和EnZinc公司首席执行官Michael Burz。
锌基电池是可在全球普遍使用的一次电池，但是由于其可能在电池内生长导电晶须，且导电晶须可长到足以引起短路，因此实际上是不能充电的。
该论文的主要作者Parker表示：“实现可充电锌电池的关键在于控制循环期间锌的行为。电流更均匀地分布在海绵中，使得物理上难以形成枝晶。”
通过在整个电极中更均匀地分布三维电流来解决循环后的枝晶形成的问题，而孔隙结构约束着电极内的溶解/沉淀过程。这一突破改变了整个锌基碱性电池的功用。通过在NRL的三维锌海绵中交换传统的粉末状或箔状锌阳极，NRL已经展示了完全可充电的镍-锌原型电池，可挑战锂离子性能。但是其使用比锂电池更安全的水系环境，从而更安全。
NRL团队以三种方式展示了镍-三维锌的性能：延长单次使用电池的寿命；在与锂离子具有相当的容量的情况下，电池循环使用超过100次；遇到间歇性电源脉冲，在短时间工作周期内循环电池超过50,000次，这类似于某些混合动力车辆中使用的电池。
与Nissan Leaf（24kWh）的比容量相当的镍-三维锌电池，节省了100kg的重量。镍-三维锌基电池的重量和成本的节省的大部分来自于减少或消除了锂离子电池组所需的子系统，其中包括热管理、复杂的电子控制和保护结构。
图片来源：美国海军研究实验室
有了可充电的好处，三维锌海绵可以应用于民用和军事领域的锌基碱性电池的应用领域中。Long博士表示：“我们现在可以提供一个与能源相关的替代品，从锂电池的替代品到便携式和可穿戴设备以及载人和无人电动车辆。”
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