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隊在水系鋅離子電池研究中取得突破性進(jìn)展，團隊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，也減少了對環(huán)境的潛在威脅，同時制備過程不需要復(fù)雜的密封技術(shù)和無氧無水環(huán)境，在安全和環(huán)保兩方面具有明顯的優(yōu)勢。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，其中一個嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)就是枝晶生長。枝晶是以樹枝狀形式生長的晶體，它們就像冬天里尖銳的冰錐，不僅“攻擊性”強，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是延長電池壽命的關(guān)鍵因素。

針對這一難題，該團隊的策略是利用一種名為“最高占據(jù)分子軌道（HOMO） 能級”的分子特性，來篩選出能夠穩(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”，以此來抑制鋅枝晶的生長。

結(jié)合理論計算和實驗研究，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。在實驗中，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，平均庫倫效率（鋅沉積/剝離的可逆性）也達(dá)到了98.15%，極大地延長了電池壽命、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能系統(tǒng)，未來有望在削峰填谷、風(fēng)光電配儲、飛行器電源等領(lǐng)域落地應(yīng)用。

（本報記者 徐旻昊 攝影報道）