锌空气电池又有突破，有望替代锂电池？

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环球零碳

碳中和领域的《新青年》  

撰文 | 小博

编辑 | 小棠

→这是《环球零碳》的第761篇原创

金属空气电池是以空气电极作为正极，金属电极作为负极的电化学电池。目前已取得研究进展的金属空气电池包括锌空气电池、铝空气电池、镁空气电池、锂空气电池等。

其中锌空气电池是发展最成熟也是最有潜力的空气电池，已经或即将应用在新能源汽车与供电系统中，安装成本预计不到锂离子电池的 1/4。

锌空气电池的优点是对环境友好、安全、能量密度高、成本低。锌空气电池的理论能量密度为 1360Wh/kg，而锂离子电池的理论能量密度仅为 460Wh/kg。

但锌空气电池缺点也明显。锌电极在碱性溶液中是不稳定的，自放电率高，电解液易渗漏，功率输出有限，使用寿命短。

锌空气电池的这些缺点都比较致命，所以还无法完全代替锂电池，不过作为更环保的电池，业界非常看好其发展前景，科学家们也在不断攻克锌空气电池的缺点，让其应用于更多领域。

近日，澳大利亚埃迪斯科文大学（ECU）的研究人员通过结合使用碳、更便宜的铁和钴基矿物等新材料，重新设计了锌空气电池，在测试中发现，新的设计和组合大大提高了锌电池的使用寿命和性能，可以替代锂离子电池，成为更安全、更可持续的电池替代品。

这一最新成果发表在《EcoMat》杂志上。科学家们表示，新设计非常高效，可以抑制电池的内阻，该器件的电压也接近理论电压，从而具有高峰值功率密度和超长稳定性。

来源：Edith Cowan University

01

用新材料重新设计锌空气电池

埃迪斯科文大学团队的突破使工程师们能够使用碳、更便宜的铁和钴基矿物等新材料的组合来重新设计锌空气电池。

研究人员将CoNiFe层状双氢氧化物(LDH)与钴配位的N掺杂多孔碳(Co-N-C)网络耦合，制备了一种具有独特结构和协同效应的可充电锌空气电池（ZABS）复合电极，具有良好的双功能性和耐久性。

当双功能空气电极集成到ZABS中时，它在950 小时的超长寿命内显示出高达228mW cm−2的高峰值功率密度和0.77 V的低电压间隙，具有很高的实用前景。

领导该项目的Muhammad Rizwan Azhar博士说：新设计非常高效，可以抑制电池的内阻，并且电池电压接近理论电压，从而实现高峰值功率密度和超长稳定性。

Azhar博士还表示，可充电锌空气电池因其低成本、环境友好、理论能量密度高和固有安全性而变得越来越有吸引力。它除了给能源储存行业带来革命性的变化外，这一突破还对建立一个可持续的社会、减少对化石燃料的依赖以及减轻对环境的影响做出贡献。

02

有企业已经开始布局锌空气电池

廉价且地球储量丰富的金属材料使得金属空气电池较锂离子电池具备显著优势，金属空气电池的制造成本或可降低至锂离子电池的 1/10 以下。

极低的材料成本、高能量密度、电池设计相对简单以及安全性良好，让以锌空气电池为主的金属空气电池前景光明。

目前金属空气电池主要应用在新型储能以及电动汽车领域。如美国企业 Eos Energy Storage 与另一家美国企业 EnerSmart 在2021年签署2000万美元订单，主要内容为在加利福尼亚州安装10个锌空气电池储电设备，每个项目3兆瓦，可为2000户家庭供能。

加拿大Zinc8 Energy Solutions 在2022年也宣布其独立研发的锌空气电池将实现商业化第一步：为纽约市新建一个 1.5 兆瓦时的储能设施，结合其独立研发的锌空气电池和现有太阳能发电，为当地公寓楼供电。

其他主要从事金属空气电池研发生产的国外企业还有欧洲公用事业 EDF、比利时 AZA Battery、日本三洋公司等。

另外，中国也有一批上市公司也已对锌空气电池进行了技术和产业布局，如鹏辉能源、雄韬股份、德赛电池、尖峰集团、中国动力等。

当前金属空气电池商业化还处于早期阶段，有的技术已经具备大规模量产的条件，有的还停留在实验室阶段，有的即将大规模装载新能源车辆。

然而，锌空气电池在广泛采用之前还存在一些需要解决的挑战。一项挑战是空气电极会随着时间的推移而降解，从而降低电池的性能。锌空气电池在低温下效率也会较低。

该研究仍处于早期阶段，但埃迪斯科文大学的研究人员乐观地认为，它可能会导致商业上可行的电动汽车锌空气电池的开发。

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参考资料：

[1]https://www.energymagazine.com.au/new-research-zinc-air-batteries-could-replace-lithium-ion/

[2]https://www.techexplorist.com/zinc-air-batteries-could-better-alternative-lithium-ion/68177/

[3]https://www.energymagazine.com.au/new-research-zinc-air-batteries-could-replace-lithium-ion/

[4]https://finance.sina.com.cn/tech/roll/2023-08-09/doc-imzfqvxx7667967.shtml

[5]https://libattery.ofweek.com/2022-10/ART-36008-11000-30577168.html

首图来源：Edith Cowan University

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