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鋅電池能不能代替鋰電池呢?

鉅大LARGE  |  點擊量:99次  |  2023年11月17日  

摘要
香港城市大學科學及工程學院副教授支春義說,以鋅為基礎的電池(以下簡稱鋅電池)已有百年多歷史,是世界上第二種商業化的電池,只比鉛酸電池稍遲。不過,以往的鋅電池主要是一次使用。此外,以往的鋅電池的充放電性

香港城市大學科學及工程學院副教授支春義說,以鋅為基礎的電池(以下簡稱鋅電池)已有百年多歷史,是世界上第二種商業化的電池,只比鉛酸電池稍遲。不過,以往的鋅電池重要是一次使用。此外,以往的鋅電池的充放電性能一直不理想,充放電次數太少。直至3年多前,大學內研究的水系鋅電池(其電解質含水),只可充放電100次至300次。


支春義和一批博士生在3年多前,開始研究水系鋅電池,初期遇到很多困難。兩年前,他們棄用強堿性電解質,改用弱酸性電解質,并將其中一個電極改用納米二氧化錳材料,取得重大突破,將充放電次數大增至1000次以上;而且在充放電1000次后,其儲電量仍然可以維持在最初的97%。


幾年前,軟性鋰離子電池仍未真正商業化生產,他們希望開發軟性水系鋅電池,以滿足市場應用和要,例如穿戴式電子產品等。由于水系鋅電池的電解質原為液態,較難封裝和較易泄漏,所以他們加入水凝膠,令電解質變成半固態,既可保持柔軟和可彎曲的特性,同時較容易封裝,萬一封裝出現破損,電解質也不會泄漏。


此外,由于水系鋅電池的電解質含水,所以其本質就不易燃,比鋰離子電池的有機電解質安全。經過改良后,他們研發的水系鋅電池在極惡劣的工作環境中,如撞擊、切割、火燒、彎折等,也不會爆炸或起火,并能夠繼續供應穩定的電源,安全程度大大提高。

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支春義認為,由于電動汽車對續航力要求高,鋰離子電池能量密度較高,相信仍會在這個市場占優勢。但考慮到鋰離子電池的安全性、成本以及鋰金屬在地球上的儲量等因素,他相信,鋰離子電池未來不太可能獨霸所有充電池市場。


參與研發工作的博士生李洪飛和唐子杰均認為,鋰離子電池由1996年開始在移動電話市場冒起,至今才不過20余年,在電動汽車市場的歷史更短,所以鋰的產量暫時未有問題。但隨著部分國家限期要求汽車廠停產燃油車、全面轉為生產純電動汽車,可能引致鋰產量不足和價格上升的問題。鋅儲量較多和成本較低,鋅電池未來的前景值得看好,相信一定可以在充電池市場上占據席位。


最近,韓國KIST科學家研制出了不燃燒、不爆炸的環保型鋅離子電池。根據這項研究,該團隊的鋅離子電池在經過1000次充放電循環后仍然擁有接近100%的存儲容量,即使在極端條件下也能保持電化學穩定性(9000mA/g,充滿充電和放電兩分鐘)。

基于這種穩定性,KIST的研究人員還用柔性纖維基造了鋅離子電池,這種基底更容易彎曲,可以集成到衣服和編織袋中。據KIST的高級研究人員稱,鋅離子電池比鋰離子電池的潛在風險更低,該團隊希望作為下一代技術,鋅離子電池對人類是安全的,不會引起爆炸或火災。


目前,由于其優異的穩定性、電化學性能和簡單的制造工藝,未來有機會在現實世界中發揮用途。



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