南开博士大幅提升“水系锌离子”电池性能

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：“锂离子电池由于安全性和价格因素不利于在大规模储能领域应用。而由于锌资源丰富廉价，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，我们将研究目标锁定为‘水系锌离子’电池。”

在正极材料方面，张宁及其团队通过不断探索优化实验条件，利用低温溶液法成功合成了阳离子缺陷型ZnMn2O4用作正极。采用这种电极可逆容量达到150mAh/g，实现了Zn的有效储存，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%。这一材料，是首次应用于“水系锌离子”电池中。在电解液设计方面，他们研究发现，三氟甲烷磺酸锌作为大阴离子结构的电解液，具备良好的锌离子沉积、析出动力学，100%库伦效率即可以实现快速充电且能量“零浪费”。

张宁说，锌离子电池的使用不仅可以大大提升电池性能、安全稳定性，还可以降低成本。特别是锌资源廉价易得，更适于在生产实践中大规模使用。张宁也坦言，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。（记者冯国梧）