生产稳定高能的水性二氧化锰锌电池的设计策略

在过去十年左右的时间里，全球对可充电电池的需求呈指数增长，这是因为它们需要为越来越多的便携式电子设备(例如智能手机，笔记本电脑，平板电脑，智能手表和健身追踪器)供电。为了最有效地工作，可充电电池应具有较高的能量密度，但也应安全，稳定且环保。

尽管锂离子电池(LIB)现在是最广泛使用的可充电能量存储系统中的一部分，但它们包含的挥发性高的有机电解质会大大降低其安全性。因此，近年来，研究人员一直在尝试寻找不含易燃和不稳定电解质的新型电池成分。

LIB的最有希望的替代品是基于不可燃且低成本水基电解质的电池，例如铅酸和锌锰电池。这些电池具有许多优点，包括更高的安全性和较低的生产成本。然而，到目前为止，与基于锂的解决方案相比，它们的性能，工作电压和可充电性受到了一定限制。

中国先进陶瓷与加工技术重点实验室，复合材料与功能材料天津重点实验室和中国天津大学的研究人员最近推出了一种新的设计策略，可以提高锌锰氧化物(Zn–MnO 2)电池的性能。 。他们开发的方法发表在《自然能源》上的一篇论文中，该方法需要将电池内部的电解质解耦，以在Zn和MnO 2电极中实现最佳的氧化还原化学作用。

其中之一的郑钟教授说：“当我们组装带有新鲜电沉积的MnO 2的碱性Zn-MnO 2电池时，无意间发生了这种情况，该电池在MnO 2表面上残留有H 2 SO 4(来自电沉积浴)。进行这项研究的研究人员告诉TechXplore。“组装好的电池比常规的Zn-MnO 2电池具有更高的放电电压，这鼓励我们将事情归结为基本知识，为我们的研究奠定了基础。”

钟教授和他的同事发现，他们的电解质解耦策略可以使开路电压为2.83 V的Zn-MnO 2电池性能更好。考虑到更常规的Zn-MnO 2电池通常具有1.5V的电压。

使用其电解质解耦策略制造的电池(称为DZBM)的容量在连续使用并充电200小时后仅下降了2%。此外，在各种放电电流密度下，电池可保持其容量的100%。值得注意的是，研究人员证明，使用他们的方法制造的电池也可以与风力和光伏混合动力系统集成，从而进一步提高了其可持续性。

钟教授解释说：“电解质去耦策略旨在同时实现Zn和MnO 2电极的最佳氧化还原化学。” 将MnO 2阴极和Zn阳极的工作条件解耦，以在单个电池中实现酸性MnO 2和碱性Zn氧化还原反应。与传统的碱性Zn-MnO 2电池相比，所得的DZMB电池具有更高的工作电压和更长的循环寿命。”

将来，钟教授和他的同事们提出的新设计策略可用于生产低成本，安全但又具有异常高的开路电压和延长的循环寿命的新型Zn-MnO 2电池。 。值得注意的是，相同的策略也可以用于增强其他锌基水性电池的性能，包括具有Zn-Cu和Zn-Ag成分的那些。

钟教授说：“由于最新的离子选择膜的成本和性能仍然不能令人满意，因此我们未来的研究将集中在不使用膜的去耦设计研究上。”