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近年來(lái)，儲(chǔ)能電池的關(guān)鍵材料、核心部件及電池系統(tǒng)設(shè)計(jì)等多個(gè)方面取得重大進(jìn)展。如液流電池技術(shù)解決了其高性能電堆、關(guān)鍵材料、大規(guī)模儲(chǔ)能系統(tǒng)集成等關(guān)鍵問(wèn)題。如今，可再生能源快速發(fā)展，再次推動(dòng)研究和開(kāi)發(fā)以鋅化學(xué)為基礎(chǔ)的高能量密度儲(chǔ)能器件。
近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所研究員李先鋒團(tuán)隊(duì)通過(guò)膜材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了高面容量、高電流密度條件下鋅均勻沉積過(guò)程，并對(duì)膜結(jié)構(gòu)調(diào)控鋅沉積過(guò)程的機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)地研究和探討。該團(tuán)隊(duì)相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國(guó)化學(xué)會(huì)志》上。
鋅二次電池具有安全性高、成本低、能量密度高等優(yōu)勢(shì)，且與水性電解質(zhì)具有良好的相容性。此外，它提高了電池的輸出容量和放電性能，促使電池的充電效率、放電容量、放電性能等均得以突破性進(jìn)展。鋅電池在儲(chǔ)能領(lǐng)域特別是用戶側(cè)儲(chǔ)能領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景，將能源行業(yè)推向新一輪革命。
然而，鋅在沉積過(guò)程中容易產(chǎn)生鋅枝晶，在高面容量和高電流密度的工作條件下更為嚴(yán)重，影響電池的循環(huán)壽命。
針對(duì)此問(wèn)題，李先鋒團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，研發(fā)出一種具有表面有序波動(dòng)條紋(Turing patterns)的新型聚合物膜(圖靈膜)，可以實(shí)現(xiàn)在高面容量、高電流密度下的鋅均勻沉積過(guò)程。在該設(shè)計(jì)中，膜表面條紋的波峰和波谷可以通過(guò)控制微區(qū)載流子通量，從而有效地調(diào)節(jié)Zn(OH)42-的分布，并提供更多的鋅沉積空間。同時(shí)，膜形成過(guò)程中表面配位的銅離子與Zn(OH)42-相互作用，可進(jìn)一步誘導(dǎo)鋅的均勻沉積。
在80mA/cm2的較高電流密度下，采用圖靈膜組裝的堿性鋅鐵液流電池可以在160mAh/cm2的超高面容量條件下穩(wěn)定工作，這為高穩(wěn)定鋅基二次電池的開(kāi)發(fā)提供了新思路，這項(xiàng)研究促進(jìn)了鋅基電池的膜材料研究發(fā)展。
鋅電池是一種具有巨大市場(chǎng)前景的化學(xué)電源。其放電性能穩(wěn)定、容量大、成本低、低污染、可再生等特點(diǎn)備受市場(chǎng)喜愛(ài)。鋅電池已經(jīng)投入到應(yīng)用中，并在電動(dòng)自行車和滑板車等多種電動(dòng)化機(jī)械中獲得良好的使用效果。隨著“圖靈膜”的出現(xiàn)，未來(lái)鋅電池技術(shù)也會(huì)前進(jìn)一步，迎來(lái)廣闊發(fā)展。
(原標(biāo)題：“圖靈膜”全新上線 鋅電池再迎研究新路徑)
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