据外媒报道，阿德莱德大学（University of Adelaide）的研究人员开发出一种用于水系电池的新型干电极，其阴极性能比碘电池和锂离子电池高出一倍以上。

图片来源： 阿德莱德大学

“我们开发了一种用于锌碘电池的新型电极技术，避免了传统的碘湿式混合工艺。”阿德莱德大学化学工程学院纳米技术系主任、能源与催化材料中心主任Shizhang Qiao教授说道。

研究人员将活性材料混合成干粉，并将它们卷成厚实的自支撑电极。同时，他们在电解液中添加了少量一种名为1,3,5-三氧杂环己烷的简单化学物质，这种化学物质在充电过程中会在锌表面形成一层柔性保护膜。

“这层保护膜可以防止锌在充电和放电过程中形成尖锐的枝晶——这种针状结构会在锌阳极表面形成——从而避免电池短路。”

水系锌碘电池在电网规模储能方面拥有无与伦比的安全性、可持续性和成本优势，但与锂离子电池相比，它们存在性能问题。相关研究成果发表在期刊《Joule》上。

“这项新的电极制备技术使每平方厘米的活性物质负载量达到了创纪录的100毫克，”参与这项研究的阿德莱德大学化学工程学院研究员Han Wu说道。“我们使用新电极制作的软包电池在充电后，经过750次循环后仍保留了88.6%的容量，纽扣电池在经过500次循环后仍保留了近99.8%的容量。我们利用同步加速器红外测量技术直接观察了锌表面保护膜的形成过程。”

高碘负载量和坚固的锌界面意味着每个电池能够以更低的重量和成本存储更多能量。这可能使锌碘电池更接近于大规模或电网储能的实际应用。

与现有电池技术相比，该团队的发明具有以下几个优势：

  • 容量更高：干电极比湿法电极填充了更多活性物质，后者的容量通常最高不超过2 mA h cm−2。

  • 自放电和穿梭损耗更低：致密的干电极可减少碘逸入电解液并降低性能。

  • 锌稳定性更高：原位保护膜可防止枝晶生长，从而显著延长循环寿命。

乔教授表示：“这项新技术将使储能供应商受益，尤其是在可再生能源并网和电网平衡方面，他们将获得成本更低、更安全、更持久的电池。公用事业和微电网等需要大型稳定能源库的行业可以更快地采用这项技术。”

该团队计划进一步开发该技术，以扩展其应用范围。

“电极的生产可以通过卷对卷生产方式扩大规模，”Qiao教授说道。“通过优化更轻的集流体并减少过量电解质，系统整体能量密度可以从约45 Wh kg-1翻倍至约90 Wh kg-1。我们还将使用相同的干法工艺测试其他卤素化学体系（例如溴体系）的性能。”