重要进展！锌电池被认为是锂离子电池的最有前途的替代品

 世界需要廉价而强大的电池，这些电池可以储存风能或阳光下可持续产生的电力，这样我们就可以在需要的时候使用它，即使外面很黑或没有风。为我们的智能手机和电动汽车供电的最常见电池是锂离子电池。这些电池相当昂贵，因为全球对锂的需求正在飙升，而且这些电池也是高度易燃的。

水基锌电池为这些锂离子电池提供了一种很有前途的替代品。由苏黎世联邦理工学院领导的国际研究团队现在制定了一项战略，为此类锌电池的开发带来关键进展，使其更强大、更安全、更环保。

耐用性是一个挑战

锌电池有很多优势：锌储量丰富、价格低廉且回收基础设施成熟。此外，锌电池可以储存大量电能。最重要的是，锌电池不一定需要使用高度易燃的有机溶剂作为电解液，因为它们也可以使用水基电解液来制造。

如果没有工程师在开发这些电池时必须面对的挑战：当锌电池在高压下充电时，电解液中的水会在其中一个电极上发生反应，形成氢气。发生这种情况时，电解液会减少，电池性能也会下降。此外，这种反应会导致电池中产生过大的压力，这可能是危险的。另一个问题是在电池充电过程中会形成尖锐的锌沉积物，称为树突，它会刺穿电池，在最坏的情况下甚至会导致短路并使电池无法使用。

盐会使电池有毒

近年来，工程师们一直在寻求用盐来丰富含水液体电解质的策略，以保持尽可能低的水含量。但这也有缺点：它会使电解液变粘，从而大大减慢充电和放电过程。此外，许多使用的盐都含有氟，使它们有毒且对环境有害。

苏黎世联邦理工学院电化学能源系统教授Maria Lukatskaya现在与美国和瑞士多家研究机构的同事联手，系统地寻找水基锌离子电池的理想盐浓度。通过计算机模拟支持的实验，研究人员能够揭示理想的盐浓度并不像以前假设的那样是最高的，而是相对较低的：每个盐的正离子有5到10个水分子。

持久的性能和快速充电

更重要的是，研究人员没有使用任何对环境有害的盐进行改进，而是选择了对环境友好的乙酸盐，称为醋酸盐。Lukatskaya小组的博士生、该研究的主要作者Dario Gomez-Vazquez说：“有了理想浓度的醋酸盐，我们能够最大限度地减少电解质消耗，防止锌枝晶，就像其他科学家以前对高浓度有毒盐所做的那样。此外，通过我们的方法，电池可以更快地充电和放电。”

到目前为止，苏黎世联邦理工学院的研究人员已经在相对较小的实验室规模上测试了他们的新电池策略。下一步将扩大这种方法的规模，看看它是否也可以转化为大型电池。理想情况下，这些可能有一天会被用作电网中的存储单元，以补偿波动，比如说，在单户住宅的地下室中允许白天产生的太阳能在晚上使用。

正如苏黎世联邦理工学院教授Lukatskaya解释的那样，在锌电池为市场做好准备之前，仍有一些挑战需要克服：电池由两个电极（阳极和阴极）以及它们之间的电解液组成。她说：“我们表明，通过调整电解质成分，可以实现锌阳极的有效充电。然而，展望未来，阴极材料性能也必须进行优化，以实现耐用高效的锌电池。”