风能和太阳能等可再生能源可以帮助减少世界对化石燃料的依赖。但首先，电力公司需要一种安全、经济高效的方式来储存能源，以备日后使用。大规模的锂离子电池可以做到这一点，但它们存在安全问题和锂的可用性有限。现在，研究人员在ACS的《纳米快报》上报道，他们制作了一种无阳极锌基电池的原型，该电池使用低成本、天然丰富的材料。
水性锌基电池由于其安全性和高能量密度，先前已被探索用于电网规模的能量存储。此外，用于制造它们的材料自然丰富。然而，迄今为止开发的可充电锌电池需要厚的锌金属阳极，其中含有大量过量的锌，这增加了成本。此外，阳极容易形成枝晶——充电过程中沉积在阳极上的锌金属的结晶突起——这可能会使电池短路。Yunpei Zhu、Yi Cui和Husam Alshareef想知道是否真的需要锌阳极。从之前对“无阳极”锂和钠金属电池的探索中获得灵感，研究人员决定制造一种电池，其中富含锌的阴极是铜集电器上镀锌的唯一来源。
一种无阳极Zn–MnO2电池。来源：Nano Letters。
在他们的电池中，研究人员使用了一个预先嵌入锌离子的二氧化锰阴极、一种三氟甲磺酸锌水溶液和一个铜箔集电器。在充电过程中，锌金属被镀到铜箔上，在放电过程中，金属被剥离，释放出为电池供电的电子。为了防止枝晶的形成，研究人员在铜集电器上涂上了一层碳纳米盘。该层促进了均匀的镀锌，从而防止了枝晶，并提高了镀锌和剥离的效率。该电池表现出高效率、能量密度和稳定性，在80次充电和放电循环后保持了62.8%的存储容量。研究人员表示，无阳极电池的设计为在储能系统中使用水性锌基电池开辟了新的方向。
参考文献：《无阳极锌锰电池》，朱云培、崔毅和胡萨姆·N·阿尔沙列夫著，2021 1月20日，《纳米通讯》。
内政部：10.1021/cs.nanolett.0c04519
作者感谢阿卜杜拉国王科技大学的资助。
