能源材料创新——锌电池

锂离子电池能量密度很高，但存在安全问题。此外，锂和钴的稀缺和不断增加的成本也给目前锂离子电池的进一步发展带来了挑战。相比之下，锌具有很好的电化学可逆性；金属锌本身无毒，采用无腐蚀、无毒的电解液和正极材料，即可构建具有生物安全性的电池系统。

近年来，水系锌电池呈现出蓬勃发展的趋势，高安全性和高能量密度的水系锌电池被认为是非常有前途的下一代电子产品储能技术之一。此外，锌空气电池因其低成本和生态友好性而被认为是下一代清洁和可持续储能技术的有前途的候选者之一。当然上述锌电池实现市场应用的前提是，提高正极材料的能量效率、提升锌负极的循环性能、解决锌负极的枝晶问题以及降低电解液成本[1]。

复旦大学研发出非碱性锌空气电池，使用以三氟甲磺酸锌(Zn(OTf)2)为代表的具有疏水阴离子的锌盐作为电解液，在空气正极表面构筑了锌离子富集的特征双电层结构，构建了新型的非碱性锌空气电池[2]。该电池锌负极利用率高，大幅提高电池的能量密度，降低单位能量密度的电池成本；充放电反应可逆性高，具有长循环寿命，在空气中能够稳定地运行。此外，该研究简化了电池结构，降低对电池组件的耐腐蚀性要求。

大连理工大学采用碳材料作正极、饱和四甲基氯化铵水溶液作电解质、金属锌作负极，成功构建了一款高压水系高性能氯离子全电池[3]。研究表明，该水系氯离子全电池可以在0～3.1 V电压区间内运行，其能量密度可达262 Wh/kg，寿命可达2000次(保持率70%)，如此高的循环稳定性首次在氯离子电池体系中实现，使之成为取代锂离子电池的最佳选择。该研究工作对设计高性能阴离子的储能机制具有重要理论意义。