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加拿大滑鐵盧大學(xué)、美國加州大學(xué)與美國陸軍研究實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家研發(fā)出一種新型水性有機(jī)電解質(zhì)，顯著提升了鋅錳電池的穩(wěn)定性，并能延緩其性能衰減，為開發(fā)更安全耐用的儲能電池開辟了新途徑。相關(guān)成果發(fā)表于新一期《自然·能源》雜志。

在全球加速推進(jìn)碳中和的背景下，風(fēng)能、太陽能等可再生能源迅速發(fā)展，配套基礎(chǔ)設(shè)施投資持續(xù)升溫。但這些能源具有間歇性與波動性，亟須高效、可靠的儲能系統(tǒng)，將豐沛時段產(chǎn)生的多余電能儲存起來，在需要時穩(wěn)定釋放。

鋅錳電池正是這一領(lǐng)域的潛力選手。它采用水基電解質(zhì)，取代傳統(tǒng)鋰電池中易燃的有機(jī)溶劑，本質(zhì)更安全；通過鋅的電沉積與溶解實(shí)現(xiàn)充放電，具備高電壓、大容量的優(yōu)勢，特別適合大規(guī)模電網(wǎng)儲能應(yīng)用。

但長期以來，這類電池有一個“硬傷”，其核心化學(xué)反應(yīng)依賴酸性環(huán)境驅(qū)動，而酸性條件會加劇鋅陽極的腐蝕，導(dǎo)致電池壽命大幅縮短，嚴(yán)重制約實(shí)際應(yīng)用。

為破解這一難題，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種由水與特定有機(jī)化合物組成的新型水性電解質(zhì)。新型電解質(zhì)不僅冰點(diǎn)更低，還能重塑水分子在電池內(nèi)部的行為方式。它能調(diào)控二氧化錳沉積過程中陽離子的溶劑化結(jié)構(gòu)與相態(tài)，引導(dǎo)形成層次分明、離子傳輸高效的微觀結(jié)構(gòu)，從而顯著提升反應(yīng)可逆性。

更重要的是，該電解質(zhì)將析氧反應(yīng)的過電位大幅提升至遠(yuǎn)高于二氧化錳沉積電位，徹底遏制了充電過程中氧氣逸出這一有害副反應(yīng)。同時，它在陰極界面構(gòu)建出局部酸堿梯度，優(yōu)化質(zhì)子傳遞與二氧化錳的剝離過程，從根源上改善循環(huán)穩(wěn)定性。

實(shí)驗(yàn)表明，使用新電解質(zhì)后，電池在反復(fù)充放電中能高效完成二氧化錳的生成與溶解，鋅陽極的腐蝕明顯減輕。初步測試顯示，電池循環(huán)超過5000次仍保持高庫侖效率，且無需額外添加強(qiáng)酸。這標(biāo)志著高能量密度鋅錳電池的實(shí)用化進(jìn)程邁出關(guān)鍵一步。

團(tuán)隊(duì)計(jì)劃在更大規(guī)格電池單元驗(yàn)證新型電解質(zhì)性能，并探索其在真實(shí)電網(wǎng)環(huán)境中的集成應(yīng)用。這項(xiàng)突破有望啟發(fā)更多科研團(tuán)隊(duì)，為其他化學(xué)體系設(shè)計(jì)高性能水系電解質(zhì)。