美海军研究实验室开发锌电池，有望取代锂电池让手机、汽车更轻更安全

美国海军研究实验室（NRL）化学部的研究人员近日开发出了一种更安全的锂离子电池替代品——可充电锌电池。锂离子电池因其易燃特性，最近在海军舰艇和其他军事平台上已被禁用。

该研究指出，可充电锌电池的容量和锂离子电池相仿，但成本更低，速度更快，体积更小、重量更轻，可望应用于混合能源车、电动汽车、电动自行车，甚至手机和大规模贮电设备。

米切尔·布鲁斯（Michael Burz）是加州圣安塞尔莫的电池技术公司EnZinc的CEO，他表示，该公司科研人员正在测试和推广这项技术，预期能够比锂电池系统便宜30%-50%。

德布拉·罗利森（Debra Rolison）是位于华盛顿的美国海军研究实验室先进电化学材料部门的负责人，也参与了锌电池研究。他认为，锂电池的最大弱点是容易过热，甚至起火爆炸。美国海军一直希望寻找一种替代锂电池的技术，以避免锂电池不稳定性对军人和武器的潜在危害。锌电池的起火危险性远远小于锂电池，单位体积和单位质量储能不低于锂电池。此外，锌在地球上的储量比锂要多，也便宜得多。因此，锌电池是很有希望的下一代可充电电池。

然而，长期以来，锌电池被认为是不可充电的，因为仅仅几轮充电后，锌电池内部的两电极之间会产生导电细丝，最终发生两极短路。

现在，科研团队找到了一种抑制电池内部导电细丝产生的方法：将锌阳极做成多孔海绵状结构。充放电期间，电流在锌阳极上的分布更均匀，因此导电细丝难以产生。

图 | 左：新的锌阳极；右：充放电100次之后的锌阳极。美国海军研究实验室供图

锌阳极的制造工艺是先将锌乳剂涂抹在圆柱形模具上，然后烘干——“这有点像烤松饼”，布鲁斯说。

锌电池的阴极由镍制成。实验表明，电池可以承受5万次充放电，寿命跟混合动力车的铅酸电池相仿，而锌电池的单位体积储能和单位质量储能都高于铅酸电池。

在日产聆风上的测试表明，该电池可以以更轻的质量，更小的体积，提供24千瓦时的电力。

电动自行车测试结果如下：

布鲁斯表示，锌电池以铅酸电池的成本，提供了锂电池的电量，并且可充电，更安全，原材料更丰富。锌是地球上储量第4位的元素，年产量1千4百万吨。事实上，布鲁斯说，世界锌协会的人跟他打趣：“每年在各个生产环节损耗的锌就足以满足锌电动汽车的电池需求。”

更妙的是，科学家发现，锌电池的可行尺度几乎没有限制——从纽扣电池、消费电子产品、电动汽车、大型储能站，都可以。

美国海军实验室成果转化办公室的斯蒂文·马库斯（Steven Marquis）表示，EnZinc公司已经获得了锌-镍电池在轮式电动汽车领域的产业化授权。其他应用领域和其他阴极材料的授权仍在开放中，海军实验室的研究人员仍然在探索其他的阴极材料。比如，银-锌电池的电力是锂离子电池望尘莫及的，因此很有希望被应用于海军的水下潜航设备上。该研究的论文将于本周发表在《科学》上。

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编辑：离子心

参考：

http://spectrum.ieee.org/energywise/transportation/advanced-cars/zincbased-batteries-can-provide-more-energy-safety-than-liion

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