美國海軍研究實驗室（NRL）化學部的研究人員近日開發出了一種更安全的鋰離子電池替代品——可充電鋅電池。鋰離子電池因其易燃特性，最近在海軍艦艇和其他軍事平臺上已被禁用。
該研究指出，可充電鋅電池的容量和鋰離子電池相仿，但成本更低，速度更快，體積更小、重量更輕，可望應用於混合能源車、電動汽車、電動自行車，甚至手機和大規模貯電設備。
米切爾·布魯斯（Michael Burz）是加州聖安塞爾莫的電池技術公司EnZinc的CEO，他表示，該公司科研人員正在測試和推廣這項技術，預期能夠比鋰電池系統便宜30%-50%。
德布拉·羅利森（Debra Rolison）是位於華盛頓的美國海軍研究實驗室先進電化學材料部門的負責人，也參與了鋅電池研究。他認為，鋰電池的最大弱點是容易過熱，甚至起火爆炸。美國海軍一直希望尋找一種替代鋰電池的技術，以避免鋰電池不穩定性對軍人和武器的潛在危害。鋅電池的起火危險性遠遠小於鋰電池，單位體積和單位質量儲能不低於鋰電池。此外，鋅在地球上的儲量比鋰要多，也便宜得多。因此，鋅電池是很有希望的下一代可充電電池。
然而，長期以來，鋅電池被認為是不可充電的，因為僅僅幾輪充電後，鋅電池內部的兩電極之間會產生導電細絲，最終發生兩極短路。
現在，科研團隊找到了一種抑制電池內部導電細絲產生的方法：將鋅陽極做成多孔海綿狀結構。充放電期間，電流在鋅陽極上的分佈更均勻，因此導電細絲難以產生。
圖 | 左：新的鋅陽極；右：充放電100次之後的鋅陽極。美國海軍研究實驗室供圖
鋅陽極的製造工藝是先將鋅乳劑塗抹在圓柱形模具上，然後烘乾——“這有點像烤鬆餅”，布魯斯說。
鋅電池的陰極由鎳製成。實驗表明，電池可以承受5萬次充放電，壽命跟混合動力車的鉛酸電池相仿，而鋅電池的單位體積儲能和單位質量儲能都高於鉛酸電池。
在日產聆風上的測試表明，該電池可以以更輕的質量，更小的體積，提供24千瓦時的電力。
電動自行車測試結果如下：
布魯斯表示，鋅電池以鉛酸電池的成本，提供了鋰電池的電量，並且可充電，更安全，原材料更豐富。鋅是地球上儲量第4位的元素，年產量1千4百萬噸。事實上，布魯斯說，世界鋅協會的人跟他打趣：“每年在各個生產環節損耗的鋅就足以滿足鋅電動汽車的電池需求。”
更妙的是，科學家發現，鋅電池的可行尺度幾乎沒有限制——從鈕釦電池、消費電子產品、電動汽車、大型儲能站，都可以。
美國海軍實驗室成果轉化辦公室的斯蒂文·馬庫斯（Steven Marquis）表示，EnZinc公司已經獲得了鋅-鎳電池在輪式電動汽車領域的產業化授權。其他應用領域和其他陰極材料的授權仍在開放中，海軍實驗室的研究人員仍然在探索其他的陰極材料。比如，銀-鋅電池的電力是鋰離子電池望塵莫及的，因此很有希望被應用於海軍的水下潛航設備上。該研究的論文將於本週發表在《科學》上。
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