锌晶枝生长问题
3.0
2025-04-06
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锌（Zn）-空气电池通常是一次性的。但是，新设计可能会改变这一点，
以实现 Zn-空气电池的反复多次充电放电，如果置换出电解液则可以帮
助这些能源密集型电源持续更长的时间。
锌空气电池通常无法充电。但是，研究人员现在已经使用新材料制造
了其中一种可以充电数百次的设备即锌（Zn）-空气电池。
据《科学新闻》（Science News）2021 年1月5日提供的消息，Zn-空
气电池有很多用途。它们重量轻，结构紧凑，并且比其他电池使用更
可持续，更不易燃的材料制成。但是它们通常是不可充电的。新的电
池设计可能会改变这一点。通过调整构建材料，研究人员创建了锌-空
气电池的原型，该电池可以充电数百次。相关研究结果于 2021 年1月
1日在《科学》（Science）杂志描述了这种持久耐用的设备，有一天
可以为电动汽车或其他电子设备供电。详见 W. Sun et al. A rechargeable
zinc-air battery based on zinc peroxide chemistry. Science. Vol. 371,
January 1, 2021, p. 46. doi: 10.1126/science.abb9554.
锌-空气电池是许多潜在的下一代电池之一，它们可以容纳更多的能量，
同时比现有设备便宜和更安全。每个锌-空气电池单元都包含两个电极-
锌阳极和多孔阴极-被称为电解质的液体隔开。在标准的锌-空气电池中，
电解质是一种高 pH 值物质，含有诸如氢氧化钾之类的成分。空气中的
氧气进入阴极，在此气体与电解质中的水反应形成氢氧化物。在阴极
表面形成的氢氧化物会流向阳极，并与锌反应释放能量，从而为其他
设备提供动力。
“”问题是，这种反应不是非常可逆的， 德国明斯特大学（University of
Münster in Germany）的材料科学家孙伟（Wei Sun 音译）表示，这样
就很难为电池充电。常规锌-空气电池中的苛性电解质还会使阴极和阳
极降解。为了解决这些问题，孙伟和他的同事使用一种新的电解质制
成了锌-空气电池，该电解质含有憎水离子。这些离子粘附在阴极上，
从而阻止了电解液中的 H2O与阴极表面上的氧气反应。结果，来自阳
极的锌离子可以传播到阴极并直接与空气中的氧气反应。这种相对简
单的反应很容易向后运行（逆向反应）以给电池充电。
更重要的是，新的电解质不会使电池的电极退化，这有助于使电池寿
命更长。在实验室实验中，孙伟及其同事能够在 160 个小时内对新的
锌-空气电池单元进行 320 次放电和充电。更多信息请注意浏览原文
17000 次循环后仍保持 96.4% CE 的超长寿命可
充电锌电池
第一作者：Navid Khodayar
通讯作者：Richard B. Kaner, and Mir F. Mousavi
通讯单位：加州大学洛杉矶分校，塔比阿特莫达勒斯大学
【研究背景】
在水系可充电电池中，由于锌具有高的理论容量、低氧化还原电位、
环保、含量丰富等特点，可充电锌基电池（ZIBs）展示出的优异电化
学性能可用于大规模储能应用。然而，锌离子电池也面临由于析氢反
应（HER）导致的持续耗水、缺乏合适的正极材料、动力学差、严重
的锌枝晶生长等问题。因此寻找锌基储能装置的新材料变得越来越重
要。
基于上述问题，近日，美国加州大学洛杉矶分校 Richard B. Kaner
和伊朗塔比阿特莫达勒斯大学 Mir F. Mousavi 等人报道了一种水系
Zn 超级电池（图1），由接枝到石墨烯气凝胶上的混合 ZnCO3
MnCO3 负极和纳米管硫化Ni-Co-Fe 层状双氢氧化物（LDHS）正极
摘要：
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锌（Zn）-空气电池通常是一次性的。但是，新设计可能会改变这一点，以实现Zn-空气电池的反复多次充电放电，如果置换出电解液则可以帮助这些能源密集型电源持续更长的时间。锌空气电池通常无法充电。但是，研究人员现在已经使用新材料制造了其中一种可以充电数百次的设备即锌（Zn）-空气电池。据《科学新闻》（ScienceNews）2021年1月5日提供的消息，Zn-空气电池有很多用途。它们重量轻，结构紧凑，并且比其他电池使用更可持续，更不易燃的材料制成。但是它们通常是不可充电的。新的电池设计可能会改变这一点。通过调整构建材料，研究人员创建了锌-空气电池的原型，该电池可以充电数百次。相关研究结果于2021年...
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