澳洲研究團隊開發高效安全的水性鋅碘可充電電池，充電僅需三分鐘並可持續 60,000 次循環

弗林德斯大學的研究人員開發出一種高性能、安全和可持續的水性鋅碘可充電電池（AZIB），作為鋰離子電池（LIBs）在大規模儲能方面的替代方案。值得注意的是，該電池可保持 60,000 次充放電循環，並能在三分鐘內充滿電。「水性鋅碘可充電電池正逐步成為大規模儲能的可行替代方案，而我們的團隊目前正在與業界合作，建立這一電池系統的原型平台。」弗林德斯大學科學與工程學院的化學副教授、馬修·弗林德斯獎學者賈中凡（Zhongfan Jia）表示。

鋰離子電池的挑戰

鋰離子電池在電動車和便攜式技術中佔主導地位，但代價不小。這些電池價格昂貴，易發生火災風險，並產生大量環境廢物。僅澳大利亞每年就產生約 3,300 噸鋰電池廢物，預計到 2036 年將飆升至 136,000 噸。鋅碘的替代品提供了一條基於水的、不可燃的出路，但面臨著「穿梭效應」，即多碘物種透過電池隔膜泄漏，隨著時間的推移導致性能下降。在這方面，澱粉的應用改變了遊戲規則。

研究團隊通過創造一種使用低成本、可生物降解的基於環糊精的聚合物（源自澱粉）的宿主材料來解決這一問題，該材料能夠捕獲和釋放多鹵化物。

環糊精分子廣泛應用於化妝品和食品中。弗林德斯團隊設計出一種微觀的籠子，其親水性外部與疏水性內部能夠根據需求捕獲和釋放多鹵化物，從而有效防止泄漏。「這一系統通過使用源自廉價、可生物降解的低聚糖的聚合物，提供了一種新方法，以減輕多碘穿梭現象，因此能夠實現可持續和持久的水性鋅碘電池。」項目負責人賈中凡副教授説。

該電池的性能數據非常符合大規模電網儲能的需求。該電池在 1.3 至 1.4 伏特的工作電壓下，提供 200 mAh/g 的容量，經過七分鐘完全充電後可持續使用 8,000 次循環。如果將目標容量稍微降低至 150 mAh/g，則在超快的三分鐘充電後可達到超過 60,000 次循環。根據研究，該電池的退化率幾乎可以忽略不計，僅為每次循環 0.0001% 至 0.0003%，這解釋了其如何達到超過 60,000 次循環的原因。

鋅基電池的優勢

鋅的優勢鋅基電池提供了一種更加安全、具成本效益且高度可獲得的替代方案，並不會犧牲性能。這些電池消除了火災風險，同時在特定能量和能量密度上與鋰離子電池相當或更優。由於其低成本和豐富的原材料，使其成為單次使用儲能的全球主流標準。鋰的加工目前主要集中在中國，這使各國面臨供應衝擊的風險。這一發現對澳大利亞具有重大的經濟意義。儘管該國在鋰加工方面面臨挑戰，但卻擁有豐富的鋅儲量。

AZIB 通常依賴鋅金屬作為陽極，這使澳大利亞在向下一代儲能過渡中具有顯著的戰略優勢。該國擁有全球已知鋅儲量的 20% 至 28%。首次共同作者江尚旭（Shangxu Jiang）指出，利用這些豐富的國內資源可以建立一個更安全、獨立的儲能產業。弗林德斯實驗室目前正在與業界合作夥伴直接合作，建立商業原型平台。因此，看來下一次綠色能源轉型可能不再由稀缺、易燃的金屬推動，而是由鋅和普通植物糖來實現。

相關研究結果已發表在《Angewandte Chemie》期刊上。