南开博士改进的“锌离子电池”厉害了

2016年12月06日07:59  来源:中国青年报
 
原标题:南开博士改进的“锌离子电池”厉害了

  随着三星Note7手机爆炸事件的持续发酵,手机硬件安全问题也引起大众关注。“为什么电动汽车、手机爆炸事件时有发生?因为锂离子电池由于其特性具有一定安全隐患。”近日,南开大学化学学院博士研究生张宁针对“水系锌离子”电池设计出全新正极材料及电解液,使得锌离子电池的效能、安全性、稳定性等均有大幅提升和改进,相关科研成果发表在材料与化学类龙头期刊《美国化学会志》。该成果现已申请专利。

  张宁介绍,锂离子电池已经广泛应用于人们的生产生活中,然而由于锂离子在正负极间穿梭脱嵌,易在负极表面形成针状金属锂即“锂枝晶”,从而刺穿隔膜造成内短路,加上易燃有机电解液的使用大大降低了锂电池的安全性。此外,锂资源短缺且分布不均匀(主要集中在南美),使锂离子电池价格不断攀升,这些不利于其在大规模储能领域的应用。但锌资源丰富廉价,同时水系电解液不存在易燃易爆隐患,其特点适合大规模储能体系,如智能电网。所以,张宁将研究目标锁定为水系锌离子电池。

  电池体系一般由正极、负极以及电解液构成,张宁及其团队首次利用低温溶液法成功合成了阳离子缺陷型ZnMn2O4用作正极,同时首次使用高浓度大阴离子电解液三氟甲烷磺酸锌(Zn(CF3SO3)2)。由于正极材料独特的结构和电解液特性,大大提升了锌离子电池的循环稳定性,循环500次后,容量保持率高达94%,库伦效率100%,实现快速充电且能量“零浪费”。

  锌离子电池的使用不仅可以提升电池性能、安全稳定性,还可以降低成本。据了解,当前市场上金属锌价格为约两美元每千克,而金属锂价格约为300美元每千克;从年产量上看,金属锌年产约500万吨,而金属锂年产只有约4万吨。锌资源廉价易得,更适于在生产实践中大规模使用。

  然而这一水系锌离子电池目前也还存在一定问题,张宁坦言,这款电池正极材料能量密度较低,约为锂离子电池正极材料的一半,因此目前更适用于大规模储能体系,而不太适用于手机等便携电子设备。“未来工作,可以集中在开发高电压、高容量的正极材料,来提升电池的能量密度。”张宁说。(胡春艳)

(责编:王艺锭、熊旭)

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