最新干電極技術可使水性電池陰極性能翻倍

阿德萊德大學的研究人員開發出一種用於水性電池的新型乾電極，其陰極性能是碘電池和鋰離子電池的兩倍多。“我們開發了一種用於鋅碘電池的新型電極技術，避免了傳統的碘溼混合方法，”領導該團隊的阿德萊德大學化學工程學院納米技術系主任、能源與催化材料中心主任喬世章教授說。

研究人員將活性材料混合成乾粉，並將它們捲成厚實的自支撐電極，同時在電解液中添加了少量一種名爲1，3，5-三氧雜環己烷的簡單化學物質，這種物質在充電過程中會在鋅表面形成一層柔性保護膜。這層保護膜可以防止鋅在充電和放電過程中形成尖銳的枝晶（即在鋅陽極表面形成的針狀結構），從而避免電池短路。

水性鋅碘電池爲電網規模的儲能提供了卓越的安全性、可持續性和成本效益，但其性能仍然落後於鋰離子電池。

研究團隊在《焦耳》雜誌上發表了他們的研究成果。

參與這項研究的阿德萊德大學化學工程學院研究員韓武表示：“這種新的電極製備技術使每平方釐米的活性材料負載量達到了創紀錄的 100 毫克。 ”

採用新電極製成的軟包電池在充電後，經過750次循環後仍保留了88.6%的容量，鈕釦電池在經過500次循環後仍保留了近99.8%的容量。研究人員利用同步紅外測量技術直接觀察了鋅層上保護膜的形成過程。

由於碘負載量高且鋅界面牢固，每個電池能夠以更低的重量和成本存儲更多能量。這一進展有望使鋅碘電池更接近大規模或電網儲能應用的實際應用。

與現有的電池技術相比，該團隊的發明有幾個優勢：

容量更高：乾電極比溼法加工製成的電極具有更多的活性材料，後者的容量通常低於 2 mA h cm²。

降低自放電和穿梭損失：乾電極的緻密結構有助於防止碘泄漏到電解質中，否則會降低性能。

更好的鋅穩定性：在運行過程中形成保護膜，防止枝晶生長並顯著延長電池的循環壽命。

喬教授表示：“新技術將使能源存儲供應商受益，特別是對於可再生能源整合和電網平衡而言，他們將獲得成本更低、更安全、壽命更長的電池。需要大型、穩定能源庫的行業，例如公用事業和微電網，可以更快地採用這項技術。”

該團隊計劃進一步開發該技術以擴展其功能。通過採用卷對卷製造技術，可以擴大電極的生產規模。

通過優化更輕的集流體並減少過量電解液，系統整體能量密度可從約45瓦時/千克（Wh kg −1）翻倍至約90 Wh kg −1。我們還將採用相同的幹法工藝，測試溴體系等其他鹵素化學體系的性能。

編譯自/ScitechDaily