水系锌离子电池被以为是最具潜力的可继续储能技能之一，但因其面临着枝晶成长、析氢、腐蚀等问题，约束了电池的循环寿数，影响了其产业化进程。

  5月23日，科技日报记者从华北电力大学得悉，该校能源动力与机械工程学院储能电池资料与运用技能研讨所所长、资料科学与工程教研室主任田华军教授团队经过低本钱、快速、通用的组成技能，制备出的三维锌基合金界面资料能有用按捺电池负极外表的枝晶成长等，助力出产高安全、长循环、高功用水系锌离子电池，也为其他新式电化学储能体系的开发，供给了技能和理论指导。相关研讨成果近来宣布在世界学术期刊《天然·通讯》上。

  水系锌离子电池的作业原理与锂电池类似，即运用电解液中的锌离子在正负两个电极间的往复络绎来存储和开释电能。

  田华军介绍，与碱性电解液体系电池比较，根据中性或近中性水系电解液的锌离子电池技能，具有理论上更长的锌负极循环寿数。并且锌离子电池的原资料锌储量丰厚，电池安装、贮存、运送和保护又相对简略，因而被以为在大规模储能范畴具有愈加宽广的运用远景。

  与锂电池选用高度可燃性的有机电解液不同，水系锌离子电池首要用水作为电解液溶剂，因而不存在锂电池的可燃、易爆等问题，具有安全性高、环保性好、本钱低一级优势，在电子设备和储能体系中广受重视。可是作为负极的金属锌，在水系电解液中存在着严峻的枝晶、析氢、金属腐蚀等有害副反响，然后阻挠了水系锌离子电池的大规模运用。

  田华军解说，枝晶是指充放电进程中，锌离子会在锌负极上产生不均匀堆积，然后使电池负极上呈现树枝状金属锌晶体。在电池充放电进程中，枝晶还会不断长大，终究刺穿隔阂与正极触摸，导致电池因内部短路而失效。析氢是指作为电解液溶剂的水，在电池充放电进程中会分化、开释氢气，导致电池胀气，乃至爆破。腐蚀首要是因为金属锌较为生动，会自发地与水产生化学反响，然后继续耗费锌负极资料和电解液，导致电池惯例运用的寿数大幅缩短。

  “咱们团队研制的三维纳米结构锌基合金界面资料，用作水系锌离子电池负极资料，以处理枝晶等问题。”田华军说，新的负极资料的三维结构类似于一个个“小房子”，锌离子会主动进入“小房子”中，即优先堆积在锌基合金界面资料的三维结构内而不是集合在外表，然后阻挠了枝晶成长。一起，电解液里添加了含锌、铜等离子的溶剂，以削减水的活性，按捺析氢反响，然后处理了锌负极界面不稳定等问题，延长了锌负极的寿数。该锌基合金界面资料外表还天然构成了一层锌铜合金层，使负极电极外表强度添加、电化学稳定性增强，明显提高抗腐蚀功用。

  为了更好地研讨新资料的功用，田华军带领团队开发并运用原位光学显微镜，研讨低电流密度、高电流密度下三维纳米结构锌基合金界面资料的描摹演化规则，证明了该资料有利于高效调理锌堆积和溶解反响进程，使枝晶构成的可能性最小化等。

  现在，现已商业化的水系锌离子电池首要是根据碱性水系电解液的镍锌电池、锌锰电池，其运用场景包含偏远地区的微网、通讯设备、楼宇备用电源等。

  “咱们还经过一种低本钱、快速、现在通用的组成技能，制备了一系列具有功用外表结构的三维锌基合金界面资料，获得了具有超高倍率功用、高循环稳定性、高能量密度的水系锌离子电池器材。”田华军说，该制备工艺可以在室温下进行，不需要任何煅烧处理，还可以在环境友好的水溶液中进行制备，出产和反响时间很短，只需几十分钟就可以完成，适合未来的工业化出产。“这也使得该负极改性润饰制备资料技能，在本钱可控、效益提高以及大规模出产大型高安全性的储能电池体系方面，运用远景宽广。”田华军说。