美國研究小組發(fā)明新型3D鋅錳納米合金陽極

據(jù)外媒報(bào)道，現(xiàn)代生活中，鋰離子電池至關(guān)重要，不僅可以給筆記本電腦和手機(jī)充電，還可以給玩具充電。但鋰電池存在著一定的安全隱患，那就是容易起火。水系鋅基電池通過使用水基電解質(zhì)代替常規(guī)化學(xué)溶劑可避免火災(zāi)隱患。但是，由于枝晶生長不受控制，大大降低了實(shí)際應(yīng)用中電池的性能和壽命。

最近，美國研究小組在《Nature Communications》期刊上發(fā)表文章稱，通過使用新型3D鋅錳納米合金陽極以及海水電解液可解決上述問題，從而制作出一種穩(wěn)定、高性能、無枝晶的水性電池。

該文章合作通訊作者、休斯敦大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程助理教授Xiaonan Shan稱，此次發(fā)現(xiàn)還為能量存貯和其他應(yīng)用（包括電動汽車）帶來了希望。Shan表示：“通過使用新型3D鋅錳納米合金陽極可制造一種成本低、能量密度高且穩(wěn)定的電池，適用于可靠的可充電電池。”

Shan還與休斯頓博士生Guangafeng Feng合作開發(fā)了一種原位光學(xué)可視化技術(shù)，從而可以實(shí)時對陽極上的反應(yīng)動力學(xué)進(jìn)行直接觀察。Shan表示：“該技術(shù)使我們能夠直接原位成像電極反應(yīng)動力學(xué)，不僅可以提供直接證據(jù)，還可以對其進(jìn)行可視化操作，使我們更好地理解該現(xiàn)象，而這種現(xiàn)象之前一直都很難獲取。”測試發(fā)現(xiàn)，新型3D鋅錳納米合金陽極在高電流密度（80 mA / cm2）下，可支持1000小時的充電/放電循環(huán)，性能穩(wěn)定且不會被降解。

陽極是電池內(nèi)部釋放電流的電極，而電解質(zhì)是離子電荷在陰極和陽極之間流動的介質(zhì)，使用海水而非高純水作為電解質(zhì)為降低電池成本提供了新途徑。

水性電池通常使用的是傳統(tǒng)負(fù)極材料，這種材料容易生成樹枝狀晶體，一旦有微小增長，就會導(dǎo)致電池掉電。Shan及其同事提出并演示了一種新方法，通過控制鋅合金的表面反應(yīng)熱力學(xué)和三維結(jié)構(gòu)的反應(yīng)動力學(xué)，從而有效減少和抑制水性電池中枝晶的形成。

Shan還表示，目前，除了鋅錳合金外，來自休斯頓大學(xué)和中央佛羅里達(dá)大學(xué)的研究人員還在研究其他金屬合金。