鋅離子電池挑戰多,美科學團隊:前景被高估

鋅離子電池做為受看好的候選儲能系統,有著鋅的地殼含量高、能採用水性電解質為優勢,但它真的能成功跨出實驗室,邁向商業話嗎?美國科學團隊認為,鋅離子電池的前景被高估了。

為了能夠妥善調度間歇性太陽能、風力發電等再生能源,科學家們正在研究各種不同類型的儲能技術,希望可以應用在電網級的儲能系統, 其中水相鋅離子電池(AZIB)是其中一個前景備受看好的下一代儲能系統,因為具有較高安全性,也對環境相當友善性,簡單製備過程及低成本。

團員滑鐵盧大學教授 Linda Nazar 表示,鋅陽極以及基於水的鋅離子電池雖然有個高安全和低成本優勢,但在充放電循環過程中,鋅往往會以隨機和尖狀晶體的形式生長。這個狀況跟鋰離子電池中的鋰晶枝一樣,因此電池充電時就容易短路。

陰極方面也有許多挑戰,根據 Nazar 的說法,水基電解質中的水分子會自行分解為氫氧根離子和質子。而質子在陰陽兩極間來回穿梭時,就會跟鋅離子競爭,嵌入(Intercalation,插層),氫氧根離子也會與鋅結合。

上述反應會產生化合物層狀鋅雙氫氧化物,Nazar 指出,這些化合物會沉澱在陰極表面並將鋅從反應中踢出,使表面絕緣。她認為,鋅電池面臨的主要問題是如何抑制水分活性,答案可能在於一種非水基、或是混合電解質,才可以隔離水或防止水解離。

團隊也有發現另一個滿明顯的缺點,就是通常有很高循環率的報告,他們的電池都有出現質子嵌入的狀況,且鋅電池的超高速循環也無助於電網儲能。因此團隊現在也正以中等速率循環,然後進行電解質工程以避免水解離。