美国研究小组发明新型3D锌锰纳米合金阳极 充电更快、更安全、更廉价

据外媒报道，现代生活中，锂离子电池至关重要，不仅可以给笔记本电脑和手机充电，还可以给玩具充电。但锂电池存在着一定的安全隐患，那就是容易起火。水系锌基电池通过使用水基电解质代替常规化学溶剂可避免火灾隐患。但是，由于枝晶生长不受控制，大大降低了实际应用中电池的性能和寿命。

最近，美国研究小组在《Nature Communications》期刊上发表文章称，通过使用新型3D锌锰纳米合金阳极以及海水电解液可解决上述问题，从而制作出一种稳定、高性能、无枝晶的水性电池。

（图片来源： Nature Communications ）

该文章合作通讯作者、休斯敦大学电气和计算机工程助理教授Xiaonan Shan称，此次发现还为能量存贮和其他应用（包括电动汽车）带来了希望。Shan表示：“通过使用新型3D锌锰纳米合金阳极可制造一种成本低、能量密度高且稳定的电池，适用于可靠的可充电电池。”

Shan还与休斯顿博士生Guangafeng Feng合作开发了一种原位光学可视化技术，从而可以实时对阳极上的反应动力学进行直接观察。Shan表示：“该技术使我们能够直接原位成像电极反应动力学，不仅可以提供直接证据，还可以对其进行可视化操作，使我们更好地理解该现象，而这种现象之前一直都很难获取。”测试发现，新型3D锌锰纳米合金阳极在高电流密度（80 mA / cm2）下，可支持1000小时的充电/放电循环，性能稳定且不会被降解。

阳极是电池内部释放电流的电极，而电解质是离子电荷在阴极和阳极之间流动的介质，使用海水而非高纯水作为电解质为降低电池成本提供了新途径。

水性电池通常使用的是传统负极材料，这种材料容易生成树枝状晶体，一旦有微小增长，就会导致电池掉电。Shan及其同事提出并演示了一种新方法，通过控制锌合金的表面反应热力学和三维结构的反应动力学，从而有效减少和抑制水性电池中枝晶的形成。

Shan还表示，目前，除了锌锰合金外，来自休斯顿大学和中央佛罗里达大学的研究人员还在研究其他金属合金。