锌电池通过德国创新实现令人印象深刻的 100,000 次循环寿命

一个慕尼黑工业大学（TUM）的研究人员开发了涉及多孔有机聚合物的新方法，显著延长了锌离子电池的使用寿命。

大学的一份新闻稿称，在阳极使用这种聚合物的电池可以持续数十万次循环，而不是几千次循环。

随着各国旨在在未来几年内提高清洁能源生产，太阳能和风能发电厂正在以前所未有的规模投入使用。然而，能源生产设施的间歇性需要大规模的储能解决方案才能真正有效。

锂离子电池是人类最好的储能解决方案。然而，大规模部署它们来执行能源转型需要大量的锂，这使得它们成本高昂且从长远来看不可持续。

研究人员一直在研究一种有效、廉价且可扩展的电池中锂的替代品，而锌有可能发挥这一作用。

锌离子电池

锌离子电池 （ZIB）使用与锂离子电池相同的机制运行。金属充当阳极，而锌嵌入材料充当阴极。该电池具有很高的能量密度，不像其锂离子电池那样容易起火。

自然界中丰富的锌使 ZIB 具有成本效益和可持续性，而其快速充电和放电能力也使其成为商业用途的理想选择。锌电池的使用寿命比锂离子电池长。尽管如此，“锌枝晶”和不良副反应的问题还是阻碍了它们的广泛采用。

在 ZIB 的阳极使用多孔有机聚合物解决了这些问题，同时还将其使用寿命延长了几个数量级。

聚合物是如何工作的？

TUM 的研究人员在 ZIB 阳极上部署了一个结晶 2D 多孔氟化共价有机框架，称为（TpBD-2F），用作保护层。该材料产生一维氟化纳米通道，锌离子可以轻松流过该通道，同时排斥水分子。

这可以防止在电池中形成针状结构，通常称为锌密度，同时还可以阻止触发氢气产生的反应。

研究人员在本月早些时候发表的一篇论文中表示，保护膜还能够在对称电池中以 2 mA cm-2 稳定电镀/剥离超过 1200 小时。

该研究论文补充说，使用保护层组装的燃料电池在每克 5A 的电流密度下表现出超过 100,000 次循环的循环寿命。

“这确实是一个了不起的研究成果，”TUM 无机和金属有机化学教授 Roland Fischer 说。

“我们已经证明，开发的化学方法不仅有效，而且是可控的。作为基础研究人员，我们主要对新的科学原理感兴趣——在这里我们发现了一个。

研究团队开发了一种纽扣电池，作为该技术原型演示的一部分。他们相信它还可以扩展以满足更大的应用程序。

“现在，工程师们需要接受这个想法并开发合适的生产流程，”Fischer 在新闻稿中总结道。