?图1 图片来源：美国海军研究实验室?　　

新的研究发现，可再充电的锌基电池不仅可以储存与锂离子电池一样多的能量，而且还更安全、更便宜、更小且更轻。研究结果同时表明，锌电池可应用于微混合电池（微型电池）、电动汽车、电动自行车，最终还可用于智能手机和电网存储。　　目前，研究人员正在积极测试这些电池，并试着进一步扩大这项技术。美国加州圣安塞尔莫EnZinc能源技术公司的首席执行官Michael Burz表示：“我们认为,我们可以在2019年底之前为市场准备这样一款新型电池。”

　　Burz还说，“在电动汽车方面，新型电池将比同类的锂离子电池在成本上低30%-50％。”

　　目前，锂离子电池经常会发生由于过热而造成的安全事故，有时还会燃烧甚至爆炸，因而它已经渐渐不受人们欢迎。华盛顿特区海军研究实验室先进电化学材料研究部的负责人Debra Rolison，同时也是参与锌技术突破的研究人员之一，他曾说，美国海军正在研究锂离子电池的替代技术，因为“海军以及其它更广泛的军事部门都在关注锂离子电池的安全性”。

　　锌基电池并不会造成像锂离子电池那样的火灾风险。原则上，可以根据比能（单位质量的能量）以及能量密度（每单位体积的能量）来同锂离子电池相比或更优于它们。另外，锌的价格低廉并且可以广泛使用。以上所有功能都有助于解释为什么锌基电池“是面向单次应用的全球电池”，Rolison说道。

　　然而，Rolison又说，锌电池在实践中被认为是不可再充电的，因为在这种电池内部有生长出导电晶须——枝晶的趋势，其长大后甚至足以引起短路。她还解释说，正因为这样，锌基电池通常在放电和充电几个周期后便不能使用了。

　　如今，Rolison、Burz以及他们的同事们开发了一种锌基电池，其内部结构可以抑制枝晶形成。锌阳极是一种具有多孔的海绵状结构，当电池放电和充电时，这种结构将有助于电流均匀地流到整个结构。美国海军研究实验室的化学家约瑟夫?帕克（Joseph Parker）说：“电流更均匀地分布在海绵中时，在物理学角度上很难形成枝晶。”

　　目前，锌阳极是通过在圆柱形模具中干燥锌乳剂（长达一晚上的时间）并在炉中烘烤几个小时而获得。 Burz说，“这就像我们在烘烤松饼一样。”　　??

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图2 锌海绵100次循环测试前（左）和测试后（右）的显微组织。图片来源：美国海军研究实验室

　　研究人员将该锌阳极与镍阴极配对。实验表明，这样配对的电池可以承受超过50,000次短暂的放电和充电循环，类似于在微混合动力车辆的起步-停止过程中使用铅酸电池。此外，这样的电能够以更小的质量和体积输送相同量的能量：

更换一个微混合电池的锌铅酸	锌	酸铅
能源（瓦特）	1720	1720
质量（千克）	21.7	45
比能（千瓦时/千克）	79.2	38.2
能量密度（瓦特/升）	164	126

　　他们的实验还表明，可充电锌电池可以满足日产Leaf系列在更小、更轻的包装中所需要的24千瓦时的需求：

更换日产Leaf系列电池锌锂离子	锌	锂离子
能源（瓦特）	24,000	24,000
质量（千克）	220	339
比能（千瓦时/千克）	109	71
能量密度（瓦特/升）	216	96

　　在电动自行车方面也有类似发现：

更换电动自行车电池的锌铅酸	锌	酸铅
能源（瓦特）	504	504
质量（千克）	5.9	12.2
比能（千瓦时/千克）	91.8	44.3
能量密度（瓦特/升）	225	140

　　Burz表示，总之，这项研究工作“提供了锂离子电池的能源，但是得以铅酸电池为代价。另外，它还更安全，可回收，并且使用了丰富的材料。”

　　他还说，“锌是地球上第四大开采材料，每年超过1400万吨”。此外，Burz还谈到，当他和国际锌协会谈论如若这些新电池在车上使用会需要多少锌的时候，“他们微笑表示：我们比你需要更多的锌。”

　　研究人员还注意到，锌阳极几乎可以做成任何所需要的形状。Rolison说，“我们应该能够将这些电池用于微型设备、消费电子产品、车辆以及电网的任何设备上。”

　　EnZinc在轮式车辆中使用锌镍电池，获得了这项研究的部分独家许可。美国海军研究实验室技术转让办公室的史蒂文·马奎斯（Steven Marquis）说，其他应用和其他阴极的许可证仍然开放。

　　海军实验室的研究人员还在探索镍以外的阴极，准备与锌阳极一起使用。罗尼森说，“银锌电池中未见锂离子，这对海军潜水应用可能是非常有意义的。”

　　科学家们在本周的科学杂志上详细地介绍了他们的研究结果。
来源：新材料http://www.xincailiao.com/news/news_detail.aspx?id=36998