8月21日，胡林華研究員查看水系鋅離子電池的電解液添加劑。

8月21日，科研人員進(jìn)行水系鋅離子電池極片制備。

水系鋅離子電池。

近日，中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院固體物理研究所能源材料與器件制造研究部胡林華研究員團(tuán)隊(duì)在水系鋅離子電池研究中取得突破性進(jìn)展，團(tuán)隊(duì)提出一種全新的策略，可以極大地提升電池充放電可逆性和循環(huán)穩(wěn)定性能。相關(guān)研究發(fā)表在國(guó)際期刊《Energy Storage Materials》上。

與傳統(tǒng)鋰電池相比，使用水基電解液的水系鋅離子電池不僅降低了起火爆炸的風(fēng)險(xiǎn)，也減少了對(duì)環(huán)境的潛在威脅，同時(shí)制備過(guò)程不需要復(fù)雜的密封技術(shù)和無(wú)氧無(wú)水環(huán)境，在安全和環(huán)保兩方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但是，水系鋅離子電池在商業(yè)化應(yīng)用上仍然面臨著諸多難題，其中一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)就是枝晶生長(zhǎng)。枝晶是以樹(shù)枝狀形式生長(zhǎng)的晶體，它們就像冬天里尖銳的冰錐，不僅“攻擊性”強(qiáng)，還可能刺穿電池的“心臟”，使得正負(fù)極直接連接，引發(fā)電池短路失效?？刂浦L(zhǎng)是延長(zhǎng)電池壽命的關(guān)鍵因素。

針對(duì)這一難題，該團(tuán)隊(duì)的策略是利用一種名為“最高占據(jù)分子軌道（HOMO） 能級(jí)”的分子特性，來(lái)篩選出能夠穩(wěn)定鋅負(fù)極用的非犧牲性陰離子型表面活性劑作為電解液添加劑。他們就像是在為電池尋找合適的“保護(hù)劑”，以此來(lái)抑制鋅枝晶的生長(zhǎng)。

結(jié)合理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)研究，他們發(fā)現(xiàn)使用十二烷基苯磺酸鈉（SDBS）作為添加劑能夠滿足“保護(hù)劑”的要求。這種化學(xué)物質(zhì)是工業(yè)上廣泛應(yīng)用的清潔劑、乳化劑等，還是日常生活中洗衣粉、洗潔精的主要去污成分之一。在實(shí)驗(yàn)中，該添加劑的使用顯著提升了電池的循環(huán)特性，穩(wěn)定性（電池的循環(huán)次數(shù)）提升了30倍，平均庫(kù)倫效率（鋅沉積/剝離的可逆性）也達(dá)到了98.15%，極大地延長(zhǎng)了電池壽命、提高了電池性能。

水系鋅離子電池是一種具有巨大前景的儲(chǔ)能系統(tǒng)，未來(lái)有望在削峰填谷、風(fēng)光電配儲(chǔ)、飛行器電源等領(lǐng)域落地應(yīng)用。

（本報(bào)記者 徐旻昊 攝影報(bào)道）