UBC发现锌离子电池可通过保护膜提升性能发

盖世汽车讯 尽管电动汽车起火、电动自行车爆炸和智能手机熔化等事故不再频频登上新闻头条，但电池安全问题仍未得到彻底解决。据外媒报道，为了应对这一挑战，不列颠哥伦比亚大学（University of British Columbia，UBC）的研究人员近期在电池研究领域取得了一项关键突破，有望提升锌离子电池的寿命和安全性。

图片来源： 不列颠哥伦比亚大学

该研究团队由博士生Musanna Galib领导，利用UBC奥肯那根校区和温哥华校区的实验室，研究了枝晶如何破坏锌离子电池的保护涂层。相关研究论文发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上。

了解枝晶与电池安全

Galib解释说，枝晶是有害但极其微小的针状结构，会在充电过程中生长在电池电极表面。随着时间的推移，枝晶会刺穿电极间的隔离层，导致短路。这可能导致电池故障、损坏，甚至引发爆炸性火灾。

Galib解释说：“在锌电池中，枝晶是开发安全可充电的锂离子电池替代方案的主要障碍，因为它们会限制电池的寿命和可靠性。”

工程学院副教授、UBC电池创新研究卓越集群（Battery Innovation Research Excellence Cluster）首席研究员Jian Liu博士表示，尽管锂离子电池凭借其高能量密度和先进的制造工艺占据市场主导地位，但锌电池的生产成本更低、更安全、更环保。

“锌电池具有显著优势，因为锌储量丰富且价格低廉，而且锌离子电池采用水基电解液，使其不易燃，”Jian Liu解释道。“如果我们能够解决枝晶问题，锌有望成为电网储能和安全、经济的能源系统的有力替代方案。”

该研究发表在期刊封面，研究表明，涂覆一层薄膜可以引发内部机械应力，从而起到屏蔽作用，抑制枝晶生长。Gali表示，这种机械屏障能够在原子尺度上抑制枝晶的萌生和生长。

涂层技术的突破及其意义

Galib和他的团队利用高速原位光学显微镜实时观察了锌枝晶的生长过程。他们发现，即使在高电流密度下，涂层锌表面也能保持更光滑的状态，并产生更少的氢气。

“计算机模拟也证实了这一点，”Galib表示。“涂层产生的残余应力使得尖锐的枝晶更难形成，从而提高了循环稳定性，降低了安全风险。”

计算建模和应力分析模拟是在不列颠哥伦比亚大学温哥华分校建模与仿真研究小组的实验室中进行的，由该校的Mauricio Ponga博士指导；而大部分实验合成和电化学测试则是在不列颠哥伦比亚大学奥肯那根分校的电池创新中心完成的。

Liu博士补充道，未来的储能系统不仅需要功能强大，还需要安全且可持续。他还指出，这个项目充分体现了不列颠哥伦比亚大学为学生提供的跨校区研究机会。

“两校之间的合作至关重要。它结合了最先进的模拟和实验技术，揭示了涂层的应力驱动保护机制，”Liu博士补充道。“这项研究首次明确了涂层应力与电化学稳定性之间的联系。理解和控制这些枝晶将为电动汽车、可穿戴技术和可再生能源电网开发出更安全、高性能的电池铺平道路。”