Science：锂电取代者——Ni-3D Zn电池出炉！

       由于高能量密度和高比功率，锂离子电池是目前使用最普遍的电池。虽然如此，锂离子电池仍然存在一系列问题：寿命、安全性以及锂资源不易得。

       水溶性Zn基可充电电池本征安全性更高，资源更易得，而且二电子氧化还原以及较低极化率赋予其高的理论比容量和比功率，似乎是一个不错的替代锂离子电池和铅酸电池的技术。

问题在于：水溶性Zn基可充电电池循环过程中容易形成枝晶。

 

有鉴于此，Parker等人报道了一种可有效控制枝晶的Ni-3D Zn可充电电池，性能可与锂离子电池媲美。

 

图1. Ni-3D Zn电池充放电循环示意图

 

研究人员将Zn电极设计成一种整体的无周期性的多孔海绵状构筑，即便是在深度放电时，其内核导电金属Zn仍然存在。当Zn负极形成三维海绵状时，可与Ni组装成深度放电的一次性电池，也可组装成可充电的二次电池。

 

图2. 3D 海绵状Zn电极

这种3D海绵形貌在以下3个方面提升了Ni-Zn电池性能：

1）在一次性电池中，完成了>90%的理论放电深度。

2）在和锂离子比能量相当的情况下，可实现在40%的理论放电深度下高速循环100次（~10mA cm^–2）。

3）满足微混合汽车5万次启停需求。

 

图3. Ni–3D Zn电池完成5万次汽车启停

 

表1. Ni-3D Zn电池对比其他电池在电动汽车上的应用参数

 

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Joseph F. Parker, Debra R. Rolison etal. Rechargeable nickel–3D zinc batteries: An energy-dense, safer alternativeto lithium-ion. Science 2017, 356, 415-418.

http://science.sciencemag.org/content/356/6336/415.full