佛罗里达州立大学研发安全可充电锌离子电池 拥有900次充电循环寿命

水基锌离子电池（AZIBs）

目前的电池因易燃、高昂的制造成本及依赖环境有害材料而声誉不佳。 佛罗里达州立大学的研究人员开发了一种更安全的可充电锌离子电池。 这种电池利用低成本材料和水基简化组装过程，解决了当前的挑战。 该团队的原型在900次快速充电循环中几乎没有性能损失。

随着现代产业越来越寻求安全、环保的替代标准锂离子电池，锂离子电池因过热和火灾风险而受到批评。 尽管锂离子电池是从汽车到医疗技术的当前基准，但其环境影响和安全缺陷引发了全球研究竞赛，以寻找更稳定、环保的能源储存解决方案。 水基锌离子电池（AZIBs）一直是几乎的解决方案，这些电池便宜、环保且自然不易燃。 然而，这些电池却存在树突问题。 在充电过程中，微小的针状金属结构像微型钟乳石一样在电池内部生长，最终这些针头会刺穿电池的内部屏障，导致短路和瞬间故障。

为了解决常见的电池故障，研究团队开发了一种自组装设计，锰氧化物电极在生产过程中直接在电池内部生长。 这种设计与水基水凝胶相结合，水凝胶中增强了 Kevlar 纤维——这是一种用于防弹背心的高冲击材料。 这种柔韧的防弹级网络充当物理屏障，保持电解液的稳定，同时防止危险的金属尖刺短路。

该团队的电气与计算机工程系教授 Petru Andrei 表示：「我们希望改善水基锌离子电池的制作方式。 所有过程都在水中进行，使用一种不易燃的水凝胶来稳定和抑制树突。 这些微小的金属结构可能导致电池失效，使组装变得简单且安全得多。」

这种电池在900次快速循环中保持高性能，几乎没有磨损，甚至在艰苦条件下也能正常工作。 标准电池的生产是一个缓慢而复杂的过程，称为浆料混合，其中化学粉末用溶剂混合成厚浆。 这种浆料必须小心地涂覆在金属箔上，并在大型烤箱中干燥，这一过程需要昂贵的设备和每一步的极严格质量控制。

Andrei表示，这种概念未来可能会用于生产。 因为我们的过程完全基于水，不需要浆料混合和干燥步骤，这可以自然地融入制造线。」不过，目前无法期待这些电池能为智能手机供电。 锌电池比锂电池重，这意味着它们不会在最薄的笔记本电脑竞赛中胜出。 但对于电网级能源储存来说——在阳光消失或风停止时，保持灯光亮起的大型电池银行——重量并不重要，稳定性才是关键。

这项技术对于大规模能源存储和家庭备份来说是一场变革，安全性和长寿命比原始功率更为重要。 此外，这些电池稳定、便宜且不易燃，这使它们非常适合为可穿戴医疗设备供电。 最终，这可能为未来的公用事业和住宅能源系统提供可靠、低成本的蓝图。 该研究已发表在《ACS Omega》期刊上。