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金屬空氣電池是以空氣電極作為正極，金屬電極作為負極的電化學電池。目前已取得研究進展的金屬空氣電池包括鋅空氣電池、鋁空氣電池、鎂空氣電池、鋰空氣電池等。

其中鋅空氣電池是發(fā)展最成熟也是最有潛力的空氣電池，已經或即將應用在新能源汽車與供電系統(tǒng)中，安裝成本預計不到鋰離子電池的 1/4。

鋅空氣電池的優(yōu)點是對環(huán)境友好、安全、能量密度高、成本低。鋅空氣電池的理論能量密度為 1360Wh/kg，而鋰離子電池的理論能量密度僅為 460Wh/kg。

但鋅空氣電池缺點也明顯。鋅電極在堿性溶液中是不穩(wěn)定的，自放電率高，電解液易滲漏，功率輸出有限，使用壽命短。

鋅空氣電池的這些缺點都比較致命，所以還無法完全代替鋰電池，不過作為更環(huán)保的電池，業(yè)界非?？春闷浒l(fā)展前景，科學家們也在不斷攻克鋅空氣電池的缺點，讓其應用于更多領域。

近日，澳大利亞埃迪斯科文大學（ECU）的研究人員通過結合使用碳、更便宜的鐵和鈷基礦物等新材料，重新設計了鋅空氣電池，在測試中發(fā)現，新的設計和組合大大提高了鋅電池的使用壽命和性能，可以替代鋰離子電池，成為更安全、更可持續(xù)的電池替代品。

這一最新成果發(fā)表在《EcoMat》雜志上。科學家們表示，新設計非常高效，可以抑制電池的內阻，該器件的電壓也接近理論電壓，從而具有高峰值功率密度和超長穩(wěn)定性。

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用新材料重新設計鋅空氣電池

埃迪斯科文大學團隊的突破使工程師們能夠使用碳、更便宜的鐵和鈷基礦物等新材料的組合來重新設計鋅空氣電池。

研究人員將CoNiFe層狀雙氫氧化物(LDH)與鈷配位的N摻雜多孔碳(Co-N-C)網絡耦合，制備了一種具有獨特結構和協(xié)同效應的可充電鋅空氣電池（ZABS）復合電極，具有良好的雙功能性和耐久性。

當雙功能空氣電極集成到ZABS中時，它在950小時的超長壽命內顯示出高達228mW?cm?2的高峰值功率密度和0.77?V的低電壓間隙，具有很高的實用前景。

領導該項目的Muhammad Rizwan Azhar博士說：新設計非常高效，可以抑制電池的內阻，并且電池電壓接近理論電壓，從而實現高峰值功率密度和超長穩(wěn)定性。

Azhar博士還表示，可充電鋅空氣電池因其低成本、環(huán)境友好、理論能量密度高和固有安全性而變得越來越有吸引力。它除了給能源儲存行業(yè)帶來革命性的變化外，這一突破還對建立一個可持續(xù)的社會、減少對化石燃料的依賴以及減輕對環(huán)境的影響做出貢獻。

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有企業(yè)已經開始布局鋅空氣電池

廉價且地球儲量豐富的金屬材料使得金屬空氣電池較鋰離子電池具備顯著優(yōu)勢，金屬空氣電池的制造成本或可降低至鋰離子電池的 1/10 以下。

極低的材料成本、高能量密度、電池設計相對簡單以及安全性良好，讓以鋅空氣電池為主的金屬空氣電池前景光明。

目前金屬空氣電池主要應用在新型儲能以及電動汽車領域。如美國企業(yè) Eos Energy Storage 與另一家美國企業(yè) EnerSmart 在2021年簽署2000萬美元訂單，主要內容為在加利福尼亞州安裝10個鋅空氣電池儲電設備，每個項目3兆瓦，可為2000戶家庭供能。

加拿大Zinc8 Energy Solutions 在2022年也宣布其獨立研發(fā)的鋅空氣電池將實現商業(yè)化第一步：為紐約市新建一個 1.5 兆瓦時的儲能設施，結合其獨立研發(fā)的鋅空氣電池和現有太陽能發(fā)電，為當地公寓樓供電。

其他主要從事金屬空氣電池研發(fā)生產的國外企業(yè)還有歐洲公用事業(yè) EDF、比利時 AZA Battery、日本三洋公司等。

另外，中國也有一批上市公司也已對鋅空氣電池進行了技術和產業(yè)布局，如鵬輝能源、雄韜股份、德賽電池、尖峰集團、中國動力等。

當前金屬空氣電池商業(yè)化還處于早期階段，有的技術已經具備大規(guī)模量產的條件，有的還停留在實驗室階段，有的即將大規(guī)模裝載新能源車輛。

然而，鋅空氣電池在廣泛采用之前還存在一些需要解決的挑戰(zhàn)。一項挑戰(zhàn)是空氣電極會隨著時間的推移而降解，從而降低電池的性能。鋅空氣電池在低溫下效率也會較低。

該研究仍處于早期階段，但埃迪斯科文大學的研究人員樂觀地認為，它可能會導致商業(yè)上可行的電動汽車鋅空氣電池的開發(fā)。

原標題：鋅空氣電池又有突破，有望替代鋰電池？