回顾最近为改善可充电电池中锌阳极可逆性的努力

可充电锌金属电池(RZMB)可能是锂离子电池的可行替代品，锂离子电池目前用于为许多类型的电子设备以及电动汽车供电。最近的研究表明，使用优化的电解质可能会导致RZMBs具有高度可逆的镀锌/剥离效果，库仑效率(CE)接近100%。

但是，由于开始为RZMB设计最佳电解质的团队使用了不同的实验方法，因此比较现有的电解质并确定最有效的电解质已证明具有挑战性。在最近发表于《自然能源》上的一篇论文中，美国陆军研究实验室(ARL)的研究人员回顾了这些电解质开发的最新进展，概述了一组可用于评估和比较其性能的方案。这项工作的主要作者是ARL杰出的博士后研究员Lin Ma。

两位从事这项研究的研究人员Mashall A. Schroeder和Kang Xu通过电子邮件对TechXplore表示：“我们的研究重点是开发可用于消费和军用能量存储应用的下一代电池的变革性材料。” “在2018年秋天加入能源部能源存储研究联合中心(JCESR 2.0)之后，我们仔细研究了多价离子(Mg 2 +，Ca 2 +，Zn 2 +，Al 3+等。)电池系统，与Li相比，它有望提供独特的优势，但以解决重大的基本挑战为代价。”

到目前为止，马，施罗德，徐及其同事已经决定将研究重点集中在带有锌金属阳极的可充电电池上。这些电池与锂基电池相比具有优势，因为它们的单位体积能量(5854 AhL-1)高得多，单位重量的能量较高(820 mAhg-1)。另外，锌金属比锂丰富得多，因为地壳中的锌含量更高。

尽管具有它们的有利特性，但到目前为止，由于在实际环境中使用电池时锌金属阳极的循环可逆性差，因此很少有公司考虑大规模生产RZMB。总体而言，过去评估RZMB的研究得出的结果参差不齐，有时甚至相互矛盾，因此没有提供足够的证据来支持其商业化。

Ma，Schroeder，Xu及其同事进行的这项研究的主要目的是为RZMBs的最新发展画上一幅清晰的图，同时还建议使用标准化协议以帮助确定这种新型电池技术的价值。在将来。研究人员在论文中介绍了商业目标，并概述了一套可用于评估新RZMB的严格方法。

“可充电电池系统的主要性能指标是库仑效率(CE，%)，它是可以从一个电池中提取的总电荷与一个完整周期中放入电池的总电荷之间的关系，施罗德和徐解释道。“这是可逆性的关键指标，它表明电池是否可以充电以及可以循环多少次。在RZMB中，这主要取决于可电化学电镀和剥离锌的方式，但是这种行为通常在很大程度上取决于实验条件被研究人员采用。”

Ma，Schroeder和Xu在他们的论文中重点介绍了许多可能影响锌可逆性的实验条件，包括循环速度/缓慢(即电流密度-mA cm -2)以及镀锌/剥离的量。每个循环(单位面积容量mAh cm -2)。此外，在回顾过去评估电解质系统或提高RZMBs性能的方法的工作时，他们发现许多团队使用电流密度和面容量的不一致或不切实际的值进行了测试。

Schroeder和Xu说：“在对约20个有关该主题的已发表研究进行了首次全面比较之后，我们发现已发表的测试方法和参数存在显着差异，并且与商用锌金属电池目标的对准性很差。” “这导致在评估这些系统的相对性能和商业可行性时造成混乱。”

最近的论文介绍了一套有价值的标准协议，可用于更可靠地评估RZMB，确定其真正的库仑效率。将来，这些协议可以为试图开发RZMB并测试其锌可逆性的团队提供指导，从而可能增强不同研究工作之间的一致性和一致性。

Schroeder和Xu表示：“电池是复杂的电化学系统，有多种方法可以改善性能，包括使用先进的电解质，表面处理和新颖的电极结构。” “在现场采用之前，从这个角度来看，结论和推荐方法有可能统一锌金属电池的开发工作，简化这一有前途的系统的商业化进程，并最终使人们可以获得比锂基电池更安全，更可持续的电池技术单位体积能量得到改善的系统。”

Ma，Schroeder，Xu及其同事现在计划继续开发用于下一代电池技术的高级水性(即水基)和非水性电解质。作为此过程的一部分，他们还试图对影响RZMB可逆性的因素获得详细的基础了解，以便确定可以改善其性能的方法。