電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）鋅基電池是以鋅為核心材料的一類(lèi)電池，主要包括鋅-空氣電池、鋅液流電池和鋅離子電池等多種類(lèi)型。這類(lèi)電池的核心優(yōu)勢(shì)是高安全性、低成本以及對(duì)環(huán)境友好。

由于鋅基電池采用水系電解液，避免傳統(tǒng)鋰電池的易燃易爆風(fēng)險(xiǎn)，因此極端條件下仍能保持穩(wěn)定。并且鋅資源儲(chǔ)量豐富（地殼含量約0.02%），原材料成本僅為鋰電池的30%-40%。同時(shí)不含鉛、鎘等重金屬，生產(chǎn)過(guò)程碳排放量低?，符合未來(lái)碳中和方向。鋅也是無(wú)毒的，可以被回收再利用，對(duì)環(huán)境影響較小。

而在水系電池中，鋅基電池相比傳統(tǒng)鉛酸電池在能量密度上有了較大提升，相同體積貨重量下能夠存儲(chǔ)更多能量。也能在短時(shí)間內(nèi)提供較大電流，可快速響應(yīng)并滿足高功率設(shè)備使用需求。還具備較寬的工作溫度范圍，在寒冷或高溫環(huán)境下，都能穩(wěn)定為設(shè)備提供電力支持。

據(jù)marketmonitor報(bào)告顯示，2024年，全球鋅離子電池市場(chǎng)規(guī)模為101.3億美元，預(yù)計(jì)2024-2029年將以3.6%的年復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)。

鋅基電池面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)與發(fā)展?jié)摿?/span>

盡管目前鋅基電池相比傳統(tǒng)鉛酸電池在能量密度上有了較大提升，但普遍在80-150Wh/kg，僅為鋰電池50%左右。當(dāng)然，目前已經(jīng)有機(jī)構(gòu)通過(guò)有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合電解液將能量密度提高至200Wh/kg?，達(dá)到與鋰電池相當(dāng)?shù)乃疁?zhǔn)，初具商業(yè)價(jià)值。

但鋅基電池遇到最大的挑戰(zhàn)是鋅枝晶問(wèn)題，在充電時(shí)，負(fù)極金屬鋅沉積溶解反應(yīng)在膜與電極界面處發(fā)生，隨著鋅沉積層加厚，體相溶液活性物質(zhì)難以及時(shí)擴(kuò)散到電極表面，濃差極化增大，鋅活性物質(zhì)易擴(kuò)散至電極表面凸起處，導(dǎo)致金屬鋅不均勻沉積，形成枝晶。枝晶生長(zhǎng)可能會(huì)刺穿隔膜，造成電池短路，降低電池效率和容量，嚴(yán)重影響電池的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性。

目前的一些方法主要是通過(guò)改進(jìn)電極材料，例如通過(guò)采用納米結(jié)構(gòu)、合金化或者其他表面改性方法來(lái)抑制枝晶生長(zhǎng)，提高電極的穩(wěn)定性和循環(huán)壽命。或者優(yōu)化電解液配方，開(kāi)發(fā)新型電解液或者添加特定添加劑來(lái)減少析氫反應(yīng)的發(fā)生，增強(qiáng)電解液對(duì)鋅陽(yáng)極的保護(hù)作用。

此外，鋅基電池（如鋅空氣、鋅溴液流電池）的循環(huán)壽命雖有所提升，但相較于鋰電池仍有差距，主要是由于鋅枝晶生長(zhǎng)導(dǎo)致循環(huán)壽命受限，多數(shù)產(chǎn)品循環(huán)次數(shù)少于5000次。不過(guò)采用3D多孔鋅負(fù)極抑制枝晶，循環(huán)壽命可提升至8000次以上。

尤其是中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所開(kāi)發(fā)的水系鋅電池在長(zhǎng)循環(huán)壽命和高庫(kù)倫效率方面取得了重要進(jìn)展。

除了這些技術(shù)挑戰(zhàn)外，鋅基電池?fù)碛芯薮蟮纳虡I(yè)潛力，由于水系鋅基電池因高安全性（不起火、不爆炸）和穩(wěn)定倍率性能，在儲(chǔ)能系統(tǒng)、微電網(wǎng)及UPS（不間斷電源）領(lǐng)域開(kāi)始逐步替代鉛酸電池和鋰電池。

即便在新能源汽車(chē)領(lǐng)域，鎳鋅電池憑借低成本、高能量密度和環(huán)保特性，成為鋰電池的潛在競(jìng)爭(zhēng)者。并且鋅基電池本身原材料成本較低，未來(lái)隨著技術(shù)成熟和規(guī)模效應(yīng)，成本有望進(jìn)一步降低。當(dāng)前鋅基電池正處于從實(shí)驗(yàn)室研發(fā)向產(chǎn)業(yè)化過(guò)渡的階段，未來(lái)有望加大研發(fā)投入，推動(dòng)其在儲(chǔ)能領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

小結(jié)

未來(lái)鋅基電池將聚焦于“性能優(yōu)化+場(chǎng)景適配”?的雙軌發(fā)展。短期內(nèi)，通過(guò)材料改進(jìn)和工藝創(chuàng)新提升循環(huán)壽命與能量密度；長(zhǎng)期來(lái)看，結(jié)合政策支持與規(guī)模化生產(chǎn)，鋅基電池有望在儲(chǔ)能、低速交通及消費(fèi)電子領(lǐng)域形成差異化優(yōu)勢(shì)，成為多層級(jí)能源體系的重要組成部分。??????