锌电池在柔性电子器件领域应用前景光明。

随着电力交通市场的迅猛发展以及各种电子设备的层出不穷，对安全电池的需求愈发迫切。寻找下一代电池，成为学术界和产业界共同关注的焦点。

日前，韩国科学技术研究院(KIST)储能研究中心宣布开发出下一代二次电池，这种电池使用金属锌作为负极和水系电解液，没有任何爆炸或起火危险。

锌是一种储量丰富、安全且可回收的金属。以金属锌作为电极、使用中性或微酸性水系电解液体系的锌电池，具有高安全性、低成本等优势，被认为是下一代具有产业化前景的储能技术之一。

推陈出“锌”

在日益严重的环境污染和能源危机背景下，探索清洁、可再生的储能技术，对人类社会可持续发展十分重要。

过去的数十年里，锂离子电池因其具有较高的能量密度、良好的循环稳定性和较低的自放电等特点，成为电池技术研究和产业应用的“宠儿”。然而，随着锂离子电池的应用普及，储量有限的锂资源、严重的安全隐患及成本高等问题，限制了锂离子电池在储能领域的大规模应用。

近年来，锌电池受到越来越广泛的关注。复旦大学教授王永刚告诉《中国科学报》，锌电池采用具有高容量、环境友好、成本低廉等优势的锌金属作为负极。“类比锂离子电池与锂电池的分类名称，该类电池名称应为锌电池。”

“相较于锂离子电池通过一价锂离子的输运实现能量存储，锌电池是通过二价锌离子进行能量存储，实现了两电子转移，具有更高的存储容量和安全性。”中南大学材料科学与工程学院特聘教授周江告诉《中国科学报》。

与锂离子电池相比，锌电池最被人看好的特点便是安全。

新加坡南洋理工大学教授范红金介绍，与基于易燃、有毒的有机电解液的电池相比，目前锌电池均为水系，即电解液是水，安全性更高。同时，成本更低、对环境更友好。

周江说，锌电池优势比较明显，比如电解液采用高纯水加入合适的锌盐等添加剂调配，正负极材料不含锂、钴等稀缺金属。另外，该电池更易组装，且组装完全可以在空气中进行，不需要严格、苛刻的惰性气体保护等条件。

过去，锌电池是一次性电池，即不可充电电池，比如传统碱性Zn-MnO2电池等。“下一代锌电池的目标是，将其发展为二次电池，即能够充放循环的电池。”王永刚说。

革故鼎“锌”

锌电池优势突出，但在正负极材料、电解液等方面仍存在着诸多亟待攻克的技术瓶颈和难题。

正负电极材料的溶解和腐蚀问题就是难点之一。在周江看来，保证负极材料具有长期稳定性，包括搁置稳定和电化学反应稳定，是锌电池发展的主要瓶颈。他认为，“技术难点在核心材料的发展，要重点突破材料的创新。”

王永刚也认为，锌电池最主要的技术瓶颈在于正负极材料，比如，负极金属锌遇水发生反应，会被腐蚀;此外，金属锌的利用率低，尚不足0.6%;在正极材料中，由于二价锌离子电荷密度大，充放电过程中易发生粉化、结构坍塌的问题。

“目前大家关注的重点在于优化改进正负极的电极材料和电解液，它影响着整个电池的稳定性和循环寿命。”王永刚说。

关于电解液的问题，范红金告诉《中国科学报》，水系电解液的电压窗口太窄，使得水系锌电池的稳定电压比有机电解液低，一般在2伏以下，这严重限制了该电池体系的能量密度，而锂离子电池则在3~4伏之间，能量密度较高。

“为了避免水在高电压下的分解产气问题，大家正在寻求各种途径，比如电解液添加剂、优化电解质、提高正负极材料对水分解反应的势垒、新的反应机理等等。这方面阿德莱德大学开发的锌—锰电解槽电池提供了一个全新的思路，最近两年在电压上取得了长足的进步。”范红金说。

此外，范红金还提到锌金属负极存在的锌枝晶问题。事实上，枝晶是电池诸多问题的“祸根”，锌枝晶会降低电池循环性能，缩短使用寿命、穿透隔膜，也是电池短路、爆炸等安全问题的重要因素之一。

当下，由于需求驱动，国内外均在锌电池研究和应用方面有所布局，研究深度和广度不断延伸。在专家们看来，随着我国国家政策的支持、越来越多研究力量的投入，中国锌电池发展势头愈发迅猛，将在国际舞台上占有一席之地。

“当前我国锌电池的发展与世界在同一起跑线上。”周江表示，从刚开始主要集中在正极材料开发和探索、机理分析、容量衰减机制研究，到目前集中在电解质(液)以及锌负极材料的开发和优化研究，随之而来的是各种锌基柔性、可穿戴式等器件的相关报道。

文章来源：《下一代英才》 网址: http://www.xydbjb.cn/zonghexinwen/2020/0924/879.html