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近年來，儲能電池的關鍵材料、核心部件及電池系統(tǒng)設計等多個方面取得重大進展。如液流電池技術解決了其高性能電堆、關鍵材料、大規(guī)模儲能系統(tǒng)集成等關鍵問題。如今，可再生能源快速發(fā)展，再次推動研究和開發(fā)以鋅化學為基礎的高能量密度儲能器件。
近日，中國科學院大連化學物理研究所研究員李先鋒團隊通過膜材料的結構設計，實現(xiàn)了高面容量、高電流密度條件下鋅均勻沉積過程，并對膜結構調控鋅沉積過程的機理進行了詳細地研究和探討。該團隊相關研究成果發(fā)表在《美國化學會志》上。
鋅二次電池具有安全性高、成本低、能量密度高等優(yōu)勢，且與水性電解質具有良好的相容性。此外，它提高了電池的輸出容量和放電性能，促使電池的充電效率、放電容量、放電性能等均得以突破性進展。鋅電池在儲能領域特別是用戶側儲能領域具有較好的應用前景， 將能源行業(yè)推向新一輪革命。
然而，鋅在沉積過程中容易產(chǎn)生鋅枝晶，在高面容量和高電流密度的工作條件下更為嚴重，影響電池的循環(huán)壽命。
針對此問題，李先鋒團隊經(jīng)過多次實驗，研發(fā)出一種具有表面有序波動條紋(Turing patterns)的新型聚合物膜(圖靈膜)，可以實現(xiàn)在高面容量、高電流密度下的鋅均勻沉積過程。在該設計中，膜表面條紋的波峰和波谷可以通過控制微區(qū)載流子通量，從而有效地調節(jié)Zn(OH)42-的分布，并提供更多的鋅沉積空間。同時，膜形成過程中表面配位的銅離子與Zn(OH)42-相互作用，可進一步誘導鋅的均勻沉積。
在80mA/cm2的較高電流密度下，采用圖靈膜組裝的堿性鋅鐵液流電池可以在160mAh/cm2的超高面容量條件下穩(wěn)定工作，這為高穩(wěn)定鋅基二次電池的開發(fā)提供了新思路，這項研究促進了鋅基電池的膜材料研究發(fā)展。
鋅電池是一種具有巨大市場前景的化學電源。其放電性能穩(wěn)定、容量大、成本低、低污染、可再生等特點備受市場喜愛。 鋅電池已經(jīng)投入到應用中，并在電動自行車和滑板車等多種電動化機械中獲得良好的使用效果。隨著“圖靈膜”的出現(xiàn)，未來鋅電池技術也會前進一步，迎來廣闊發(fā)展。
