能源材料創新
——鋅電池

鋰離子電池能量密度很高，但存在安全問題。此外，鋰和鈷的稀缺和不斷增加的成本也給目前鋰離子電池的進一步發展帶來了挑戰。相比之下，鋅具有很好的電化學可逆性；金屬鋅本身無毒，采用無腐蝕、無毒的電解液和正極材料，即可構建具有生物安全性的電池系統。

近年來，水系鋅電池呈現出蓬勃發展的趨勢，高安全性和高能量密度的水系鋅電池被認為是非常有前途的下一代電子產品儲能技術之一。此外，鋅空氣電池因其低成本和生態友好性而被認為是下一代清潔和可持續儲能技術的有前途的候選者之一。當然上述鋅電池實現市場應用的前提是，提高正極材料的能量效率、提升鋅負極的循環性能、解決鋅負極的枝晶問題以及降低電解液成本[1]。

復旦大學研發出非堿性鋅空氣電池，使用以三氟甲磺酸鋅(Zn(OTf)2)為代表的具有疏水陰離子的鋅鹽作為電解液，在空氣正極表面構筑了鋅離子富集的特征雙電層結構，構建了新型的非堿性鋅空氣電池[2]。該電池鋅負極利用率高，大幅提高電池的能量密度，降低單位能量密度的電池成本；充放電反應可逆性高，具有長循環壽命，在空氣中能夠穩定地運行。此外，該研究簡化了電池結構，降低對電池組件的耐腐蝕性要求。

大連理工大學采用碳材料作正極、飽和四甲基氯化銨水溶液作電解質、金屬鋅作負極，成功構建了一款高壓水系高性能氯離子全電池[3]。研究表明，該水系氯離子全電池可以在0～3.1 V電壓區間內運行，其能量密度可達262 Wh/kg，壽命可達2000次(保持率70%)，如此高的循環穩定性首次在氯離子電池體系中實現，使之成為取代鋰離子電池的最佳選擇。該研究工作對設計高性能陰離子的儲能機制具有重要理論意義。