锌锰合金海水水电池

在简单的盐水中而不是在复杂的有机溶剂中存储能量的水电池对于能量存储专家来说是有吸引力的前景。这些基于溶剂的电解质通常是易挥发和易燃的，并且倾向于在高压下降解。因此，用像海水这样廉价，丰富和防火的东西代替它们似乎是理所当然的。

但这带来了自己的一系列问题。迄今为止，与其他电池技术相比，水电池技术因较低的能量密度以及稳定性问题而受阻。含盐水电解质的电池通常容易出现枝晶生长，尽管这不像标准锂离子技术那样有起火的危险，但仍会导致性能损失和短路。

现在，美国科学家声称使用新的阳极设计已克服了许多这些问题。该小组使用锌锰合金进行了演示，尽管它表示该方法可以扩展到其他金属合金。俄勒冈州立大学化学工程师冯振兴说：“使用具有特殊纳米结构的合金，不仅可以通过控制表面反应热力学和反应动力学来抑制枝晶的形成，”“它还显示了在苛刻的电化学条件下数千次循环中的超高稳定性，”

使用这些在阳极表面具有3D纳米结构的材料，该小组能够更好地控制反应并避免形成树枝状晶体。为了验证他们的方法，该小组制造了一个电池，并证明了在电流密度为80mA /cm³的情况下，阳极能稳定，无枝晶地循环1000小时。这项工作在《自然通讯》上发表的论文《稳定，高性能，无枝晶，海水基水性电池》中进行了描述。

化学观察

本文还介绍了该小组开发的一种新方法，用于实时观察阳极上发生的反应，这将进一步提高他们对枝晶形成和发生的其他反应的理解。该技术也可以应用于其他电池概念。“这个平台使我们能够直接在原位成像电极反应动力学，”休斯敦大学电气与计算机工程助理教授小南山解释说。“这一重要信息提供了反应动力学的直接证据和可视化，并帮助我们理解了以前无法轻易获得的现象。”

尽管这是一个新发现，需要更多测试才能完全理解，但该小组已经开始讨论其方法的商业潜力。“我们的理论和实验研究证明了3D合金阳极具有前所未有的界面稳定性，这是通过锌在合金表面上的良好扩散通道而实现的，” Feng说。“在这项合作工作中展示的概念很可能会带来用于水和非水电池的高性能合金阳极设计的范式转变，从而彻底改变电池行业。”