水系锌离子电池破解电动汽车手机爆炸难题

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，首次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。

“为何电动汽车、手机爆炸事件时有发生？因为它们用的锂离子电池有一定安全隐患。”南开大学化学学院博士研究生张宁说，近日，他针对“水系锌离子”电池设计出全新正极材料及电解液，首次将阳离子缺陷型锌锰氧化物（ZnMn2O4）用于正极，同时首次使用高浓度大阴离子电解液三氟甲烷磺酸锌（Zn(CF3SO3)2），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。

据张宁介绍，锂离子电池已经广泛应用于人们的生出现活中，然而由于锂离子在正负极间穿梭脱嵌，易在负极表面形成针状金属锂即“锂枝晶”，从而刺穿隔膜造成内短路，加上易燃有机电解液的使用大大降低了锂离子电池的安全性。

“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，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%。而现有碱性体系锌锰电池稳定性很差，循环寿命普遍低于50次，且容量衰减很快。这一材料，是首次应用在水系锌离子电池中。

“水系锌离子”电池不仅可以大大提升电池性能、安全稳定性，还可以降低成本。据了解，当前市场上金属锌价格约2美元每千克，而金属锂价格约为300美元每千克。锌资源廉价易得，更适于在生产实践中大规模使用。