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金屬空氣電池是以空氣電極作為正極，金屬電極作為負(fù)極的電化學(xué)電池。目前已取得研究進(jìn)展的金屬空氣電池包括鋅空氣電池、鋁空氣電池、鎂空氣電池、鋰空氣電池等。

其中鋅空氣電池是發(fā)展最成熟也是最有潛力的空氣電池，已經(jīng)或即將應(yīng)用在新能源汽車與供電系統(tǒng)中，安裝成本預(yù)計(jì)不到鋰離子電池的 1/4。

鋅空氣電池的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)環(huán)境友好、安全、能量密度高、成本低。鋅空氣電池的理論能量密度為 1360Wh/kg，而鋰離子電池的理論能量密度僅為 460Wh/kg。

但鋅空氣電池缺點(diǎn)也明顯。鋅電極在堿性溶液中是不穩(wěn)定的，自放電率高，電解液易滲漏，功率輸出有限，使用壽命短。

鋅空氣電池的這些缺點(diǎn)都比較致命，所以還無(wú)法完全代替鋰電池，不過(guò)作為更環(huán)保的電池，業(yè)界非?？春闷浒l(fā)展前景，科學(xué)家們也在不斷攻克鋅空氣電池的缺點(diǎn)，讓其應(yīng)用于更多領(lǐng)域。

近日，澳大利亞埃迪斯科文大學(xué)（ECU）的研究人員通過(guò)結(jié)合使用碳、更便宜的鐵和鈷基礦物等新材料，重新設(shè)計(jì)了鋅空氣電池，在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，新的設(shè)計(jì)和組合大大提高了鋅電池的使用壽命和性能，可以替代鋰離子電池，成為更安全、更可持續(xù)的電池替代品。

這一最新成果發(fā)表在《EcoMat》雜志上?？茖W(xué)家們表示，新設(shè)計(jì)非常高效，可以抑制電池的內(nèi)阻，該器件的電壓也接近理論電壓，從而具有高峰值功率密度和超長(zhǎng)穩(wěn)定性。

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用新材料重新設(shè)計(jì)鋅空氣電池

埃迪斯科文大學(xué)團(tuán)隊(duì)的突破使工程師們能夠使用碳、更便宜的鐵和鈷基礦物等新材料的組合來(lái)重新設(shè)計(jì)鋅空氣電池。

研究人員將CoNiFe層狀雙氫氧化物(LDH)與鈷配位的N摻雜多孔碳(Co-N-C)網(wǎng)絡(luò)耦合，制備了一種具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)和協(xié)同效應(yīng)的可充電鋅空氣電池（ZABS）復(fù)合電極，具有良好的雙功能性和耐久性。

當(dāng)雙功能空氣電極集成到ZABS中時(shí)，它在950小時(shí)的超長(zhǎng)壽命內(nèi)顯示出高達(dá)228mW?cm?2的高峰值功率密度和0.77?V的低電壓間隙，具有很高的實(shí)用前景。

領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)目的Muhammad Rizwan Azhar博士說(shuō)：新設(shè)計(jì)非常高效，可以抑制電池的內(nèi)阻，并且電池電壓接近理論電壓，從而實(shí)現(xiàn)高峰值功率密度和超長(zhǎng)穩(wěn)定性。

Azhar博士還表示，可充電鋅空氣電池因其低成本、環(huán)境友好、理論能量密度高和固有安全性而變得越來(lái)越有吸引力。它除了給能源儲(chǔ)存行業(yè)帶來(lái)革命性的變化外，這一突破還對(duì)建立一個(gè)可持續(xù)的社會(huì)、減少對(duì)化石燃料的依賴以及減輕對(duì)環(huán)境的影響做出貢獻(xiàn)。

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有企業(yè)已經(jīng)開(kāi)始布局鋅空氣電池

廉價(jià)且地球儲(chǔ)量豐富的金屬材料使得金屬空氣電池較鋰離子電池具備顯著優(yōu)勢(shì)，金屬空氣電池的制造成本或可降低至鋰離子電池的 1/10 以下。

極低的材料成本、高能量密度、電池設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單以及安全性良好，讓以鋅空氣電池為主的金屬空氣電池前景光明。

目前金屬空氣電池主要應(yīng)用在新型儲(chǔ)能以及電動(dòng)汽車領(lǐng)域。如美國(guó)企業(yè) Eos Energy Storage 與另一家美國(guó)企業(yè) EnerSmart 在2021年簽署2000萬(wàn)美元訂單，主要內(nèi)容為在加利福尼亞州安裝10個(gè)鋅空氣電池儲(chǔ)電設(shè)備，每個(gè)項(xiàng)目3兆瓦，可為2000戶家庭供能。

加拿大Zinc8 Energy Solutions 在2022年也宣布其獨(dú)立研發(fā)的鋅空氣電池將實(shí)現(xiàn)商業(yè)化第一步：為紐約市新建一個(gè) 1.5 兆瓦時(shí)的儲(chǔ)能設(shè)施，結(jié)合其獨(dú)立研發(fā)的鋅空氣電池和現(xiàn)有太陽(yáng)能發(fā)電，為當(dāng)?shù)毓枪╇姟?br />
其他主要從事金屬空氣電池研發(fā)生產(chǎn)的國(guó)外企業(yè)還有歐洲公用事業(yè) EDF、比利時(shí) AZA Battery、日本三洋公司等。

另外，中國(guó)也有一批上市公司也已對(duì)鋅空氣電池進(jìn)行了技術(shù)和產(chǎn)業(yè)布局，如鵬輝能源、雄韜股份、德賽電池、尖峰集團(tuán)、中國(guó)動(dòng)力等。

當(dāng)前金屬空氣電池商業(yè)化還處于早期階段，有的技術(shù)已經(jīng)具備大規(guī)模量產(chǎn)的條件，有的還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，有的即將大規(guī)模裝載新能源車輛。

然而，鋅空氣電池在廣泛采用之前還存在一些需要解決的挑戰(zhàn)。一項(xiàng)挑戰(zhàn)是空氣電極會(huì)隨著時(shí)間的推移而降解，從而降低電池的性能。鋅空氣電池在低溫下效率也會(huì)較低。

該研究仍處于早期階段，但埃迪斯科文大學(xué)的研究人員樂(lè)觀地認(rèn)為，它可能會(huì)導(dǎo)致商業(yè)上可行的電動(dòng)汽車鋅空氣電池的開(kāi)發(fā)。

原標(biāo)題：鋅空氣電池又有突破，有望替代鋰電池？