研究人员研发无阳极锌基电池 锌基电池有望大规模商业化吗？

风能和太阳能等可再生能源可以帮助减少世界对化石燃料的依赖。但是首先，电力公司需要一种安全，经济高效的方式来存储能量以备后用。大型锂离子电池可以胜任这项工作，但是它们存在安全问题和锂供应有限的问题。现在，研究人员在ACS的《NanoLetters》中进行了报道，他们已经制作了无阳极，锌基电池的原型，该电池使用了低成本，自然丰富的材料。

锌基水性电池由于其安全性和高能量密度，曾被用于网格规模的能量存储。另外，用于制造它们的材料自然丰富。然而，迄今为止开发的可再充电锌电池需要厚的锌金属阳极，其包含大量过量的锌，这增加了成本。另外，阳极容易形成树枝状晶体（锌金属在充电过程中沉积在阳极上的晶体突起），可能会使电池短路。朱云培，崔翠和HusamAlshareef怀疑是否真的需要锌阳极。研究人员从先前对“无阳极”锂和钠金属电池的探索中汲取了灵感，决定制造一种电池，其中富锌阴极是在铜集流体上唯一镀锌的来源。

研究人员在电池中使用了二氧化锰阴极，该阴极预先嵌入了锌离子，三氟甲磺酸锌水溶液和铜箔集电器。在充电过程中，锌金属会镀在铜箔上，而在放电过程中，金属会被剥离，释放出为电池供电的电子。为了防止形成树枝状晶体，研究人员在铜集流体上涂了一层碳纳米圆盘。该层促进了均匀的镀锌，从而防止了枝晶，并提高了镀锌和剥离的效率。该电池显示出高效率，能量密度和稳定性，在80次充放电循环后仍保持其存储容量的62.8％。研究人员说，无阳极电池设计为在储能系统中使用水性锌基电池开辟了新的方向。

锂离子电池于1991年首次商业化，其应用范围从电子产品到车辆。随着公用事业转向可再生能源发电，当太阳能或风能中断时，它们是自然的选择。

同时，直到大约两年前，充电率较低的锌基电池仍限于微型助听器。那时工程师们首次发现如何使它们在商业规模上可充电。自那时以来，包括Zinc8，NantEnergyInc.和e-ZnInc.在内的公司一直将目标锁定为公用事业用途，他们可以在一整天内累积能源，并在晚上利用能源。

国际锌协会执行理事安德鲁·格林（AndrewGreen）表示：“毫无疑问，锂和铅酸电池目前在能源存储市场上占主导地位。”

1月份，Zinc8与纽约州电力管理局签订了一份为期三年的合同，以开发一个示范项目，该项目可以为市政大楼或大学校园内的大楼提供备用电源8小时，每台的成本约为250美元。千瓦时。

Zinc8电池在左侧的区域收集来自电网或可再生能源的能量，在中央区域存储通电的锌颗粒，并在右侧添加氧气以根据需要产生备用电源。

麦克唐纳在接受采访时说，这家总部位于温哥华的公司正在为该项目寻找合适大小的地点，很可能在纽约西部。他说，一旦完成，该系统可能会在2022年启动并运行。

电力部门设定了一个目标，即到2030年在全州实现3吉瓦的储能，以支持库莫的“绿色新政”。根据MacDonald的说法，公司的目标是：“在可以有效添加电池的不同场景中进行测试，以用于不同类型的电网。”

他说，纽约项目为Zinc8将其技术应用于更广泛的公用事业市场打开了大门。

锌电池背后的想法并不新鲜。它们长期以来一直用于助听器，因为它们既轻巧又安全。但是有些市场仍然无法突破：例如，锌基电池仍无法快速补充至足以用于电动汽车市场。

像其他电池一样，锌-空气系统通过化学反应发电。但是，它们不是将所有反应物都放在电池内，而是通过微小的孔从外部吸入氧气。然后，氧气与多孔锌内部的分子发生反应，生成自由电子，自由电子通过电路传播到外部接触点。

与锂离子系统相比，使用外部氧气使电池更不易燃。NantEnergy技术副总裁法比奥·阿尔巴诺（FabioAlbano）表示，使用锂电池时，氧气被锁在电池内部，因此即使您用湿毯覆盖，火也能继续燃烧。

同时，不涉及有毒元素。锂如果处理不当，会腐蚀眼睛，皮肤和呼吸道。锌相对便宜：根据BenchmarkMineralIntelligence的数据，上个月锂的交易价格约为每吨8,500美元。伦敦金属交易所（LME）三个月期锌基准周五下跌1.3％，收于每吨1,984美元。

据彭博社（BloombergNEF）储能分析师詹姆斯·弗里斯（JamesFrith）称，固定储能市场正在发挥作用，预计从现在的23年，未来十年将在全球增长到155吉瓦时。Frith还认为，包括电池，安装和设备成本在内的市场价值将在十年内达到300亿美元。

总部位于亚利桑那州的NantEnergy已经在马达加斯加拥有了一个可运行的太阳能存储微电网，其中一半以上的资金来自美国贸易发展署的80万美元赠款。它还与印度尼西亚成立了合资企业，为偏远村庄的微电网提供能量存储。

阿尔巴诺在电话中说，由于微电网位于偏远地区，为通讯和基本服务提供了动力，因此缺乏可燃性尤其吸引人。

同时，总部位于多伦多的e-Zn最近从加拿大政府那里获得了430万美元的赠款，用于在加拿大开发项目。首先是为多伦多以外的制造工厂提供电力，其持续能力为48小时。

电子锌首席执行官詹姆斯·拉森（JamesLarsen）认为，锌比锂基电池更具优势。

拉森在电话中说：“对我来说有吸引力的是，它是一种真正的全球资源，几乎可以在任何地方找到它。我们从欧佩克那里汲取了教训，一些国家控制着非常重要的资源。我们正在采用锂离子电池。”

根据美国地质调查局的数据，2019年全球锌产量达到1300万吨，储量约为2.5亿吨。相比之下，生产了约77,000吨锂。锂储量估计约为1700万吨。

彭博社（BloombergNEF）的弗里斯（Frith）说，尽管锌基电池有许多障碍需要克服，但公用事业需要通过试点项目来使其更加熟悉，这样才能使他们有信心建立更多的项目。