埃迪斯科文大学(ECU)最近对可持续电池系统的进步进行了一项研究，锌空气电池已成为锂的更好替代品。
埃迪斯科文大学 的 Muhammad Rizwan Azhar博士领导了该项目，该项目发现锂离子电池虽然是世界各地电动汽车的主流选择，但却面临着成本、有限资源和安全问题等限制。该工作研究发表在《EcoMat》杂志上。
Muhammad Rizwan Azhar 博士表示：“可充电锌空气电池(ZAB)因其成本低、环境友好、理论能量密度高和固有的安全性而变得越来越有吸引力。”
“随着市场上下一代长续航车辆的出现，人们越来越需要能够超越锂离子电池能力的更安全、更具成本效益和高性能的电池系统。”
锌空气电池
锌空气电池由锌负极和空气正极组成。它是一种高能量密度和低成本的电池技术，具有广泛的应用潜力。以下是对锌空气电池的概述：
原理：
锌-空气电池由锌负极、电解液、空气正极和隔膜分离器构成。其负极可以使用纯锌板、锌箔、锌合金等；电解液通常使用具有良好导电性和O2扩散系数的6mol/L的氢氧化钾溶液；其空气正极制备的质量是锌空电池的核心，通常由气相的气体扩散层、固相的催化剂层以及液相的集流体层构成一个三相界面。隔膜分离器不仅要求其密封性较高避免发生漏液现象，又要保证催化剂层与空气接触良好便于反应进行。
锌空气电池原理图
（图源：赵璐，《锌-空气电池电化学反应模型及枝晶生长抑制研究》）
锌-空气电池在放电过程中，电池负极的锌在电解液中被氧化，形成游离的锌酸盐离子（Zn(OH)42-），并向外电路释放电子，当达到饱和状态后，Zn(OH)42-离子逐渐生成难溶于水的ZnO；在电池正极的三相界面处，空气中的O2接受来自负极的电子，在催化剂层上发生还原反应变成OH-，用于补充负极消耗的OH-来保持电化学平衡。而充电过程是放电的逆反应过程，即Zn(OH)42-得到电子在阳极被还原恢复成Zn，同时阴极则是OH-失去电子并实现O2的脱附。
优势：
①高能量密度：锌空气电池具有较高的能量密度，可以提供长时间的持续电力输出。
②低成本：相对于其他电池技术，锌空气电池的成本较低，主要是由于其使用的材料锌和空气都是广泛且廉价的资源。
③环保：锌空气电池的正极材料是空气中的氧气，不需要使用稀有金属或有毒物质，对环境友好。
④可充性：锌空气电池可以通过反向电化学反应进行充电，使其可重复使用。
发展历程
锌空气电池的发展历程可以追溯到20世纪60年代。以下是锌空气电池的主要发展里程碑：
1960年代：早期研究
20世纪60年代初，科学家开始对锌空气电池进行研究，并探索其在电池技术中的潜力。
1967年，美国国家航空航天局（NASA）开始研究锌空气电池，用于航天器和宇航员的应用。
1970年代：商业化尝试
1972年，Eveready Battery Company（现在的埃尼瓦尔特能源公司）推出了第一款商业化的锌空气电池。
然而，由于当时技术限制和市场需求不高，锌空气电池并没有取得广泛的商业成功。
1990年代：技术改进
1990年代，随着电子设备的普及和对高能量密度电池的需求增加，锌空气电池再次引起了人们的关注。
科学家们开始改进锌空气电池的设计和性能，以提高其能量密度、循环寿命和稳定性。
2000年代：商业应用扩展
2000年代，锌空气电池开始在一些特定领域得到商业应用，如便携式电子设备和医疗器械等。
一些公司开始推出锌空气电池产品，并进行市场推广。
当前和未来：持续发展和创新
目前，锌空气电池仍在不断发展和改进中，以提高其性能和商业化应用的范围。
科学家们致力于解决锌负极溶解和析出、充放电效率、循环寿命和安全性等方面的挑战。
随着技术的进步和市场需求的增加，锌空气电池有望在未来实现更广泛的商业化应用，如电动车辆和储能系统等。
总体而言，锌空气电池经历了多年的研究和改进，目前正处于商业化的阶段，但仍面临一些技术和市场挑战。随着技术的不断发展和创新，锌空气电池有望在未来实现更广泛的商业化应用。
研发新进展
迄今为止，其主要缺点是由于空气电极性能差和寿命短而导致功率输出有限。
图片来源：EcoMat (2023)。DOI：10.1002/eom2.12394
埃迪斯科文大学 的突破使工程师能够使用碳、铁和钴基矿物等新材料的组合来重新设计锌空气电池。
图片来源：Pixabay/CC0 Public Domain
“新设计非常高效，它抑制了电池的内阻，并且电池电压接近理论电压，从而实现了高峰值功率密度和超长稳定性，”Azhar博士说。
“除了彻底改变储能行业之外，这一突破还为建设可持续发展的社会、减少我们对化石燃料的依赖以及减轻环境影响做出了重大贡献。”
“通过使用澳大利亚的锌和空气等自然资源，这进一步提高了这些创新锌空气电池未来的成本效益和可行性。”
可靠性
Azhar博士表示，虽然太阳能、风能和水能等可再生资源在绿色能源的未来中发挥着关键作用，但它们并不是完全可靠的解决方案，因为它们是间歇性能源。
“由于澳大利亚等国家有丰富的锌资源，而且空气无处不在，这成为一种高度可行且可靠的储能解决方案，”阿扎尔博士解释道。
埃迪斯科文大学对锌空气电池的重新设计使澳大利亚更接近实现联合国可持续发展目标和《巴黎协定》设定的目标，该协定于2015年底制定，旨在强调需要可持续能源来限制气候变化。
【1】Yasir Arafat et al, CoNiFe‐layered double hydroxide decorated Co‐N‐C network as a robust bi‐functional oxygen electrocatalyst for zinc‐air batteries, EcoMat (2023). DOI: 10.1002/eom2.12394
【2】锌空气电池简介， 见微知著hot ，2023-07-19。
【3】金属-空气电池，新能源技术与企管\程冰蕾，2022-08-14
