锌电池提供更高的安全性但需要进行许多改进才能与锂电池竞争

锌电池的火灾风险可能比市场领先但易发生火灾的锂离子电池低得多，但研究人员得出结论，如果要兑现其承诺，该技术仍需要在许多方面大幅提高性能.

发表了一篇描述锌电池发展现状和争论研究重点的评论文章。评论文章——深入研究某个主题的文献——是现代科学方法的关键部分，它可以帮助研究人员阐明当前对某个领域的理解，并且最重要的是，找出知识差距。

该综述论文发表在《纳米研究能源》杂志上。

近年来，随着远离化石燃料的清洁转型开始腾飞，世界范围内用于电动汽车和储能的锂离子电池部署显着增加，以帮助支持可变的可再生能源，例如风能和太阳能。

锂离子电池使用的增长也增加了这种技术的一些缺点，尤其是这种类型的电池可能会过热和着火，有时会造成致命后果。新闻媒体文章的头条新闻比比皆是，详细介绍了公寓火灾及其受害者，一些司法管辖区正在考虑禁止在建筑物内使用电动自行车和电动滑板车。所有这一切都发生在基于电网的储能被广泛实施之前。

除了火灾隐患外，锂离子电池仍然相对昂贵(每千瓦每小时400到800美元不等)并且比能量密度低(每千克可存储的能量)。尤其是锂离子电池的低比能量密度是长途航运和航空电气化仍然如此困难的原因：电池的巨大尺寸和重量足以让轮船或飞机横渡海洋是这些的主要原因两个部门仍然顽固地抵制脱碳。

相比之下，水系电池，尤其是锌/镍(Zn/Ni)、锌/锰(Zn/Mn)、铁/镍(Fe/Ni)和铁/钴(Fe/Co)电池，成本更低且具有高离子电导率。特别是在锌电池的情况下，其电解质中涉及的电化学反应(允许离子在电流进入电池的负阳极和电流流出的正极之间传输的介质)消除任何火灾危险。

北京航空航天大学仿生智能界面科学与技术重点实验室电池研究员刘大鹏说：“锌在电池方面有着良好的记录，早在1799年就被用作负极材料。”“锌基电池技术已经占据了世界电池市场的三分之一。”

锌空气电池(ZAB)——其结构部分开放，可以直接使用环境空气中的氧气作为阴极反应物——已被用于公用事业规模的储能。ZAB的比能量密度大约是锂离子电池的五倍，并且与市场领导者相比，其制造成本显着降低。

但如果还有这些其他电池选择，为什么锂离子电池如此受欢迎?答案是后者在电池容量方面几乎击败了所有其他挑战者，或者电池可以提供其完整的、预期的(“铭牌”)电流的小时数。更糟糕的是，在当前的实际条件下，电池的充电寿命仅为150次左右，而且锌基电池的库仑效率低(输入电池的电荷量与从电池中提取的电荷量之比)。

如果具有更高防火安全记录的锌电池要超越锂离子电池，则必须显着提高电池容量和预期寿命，因此需要审查文件。

评论作者得出结论，锌电池循环寿命低的主要原因有三方面：尖尖的锌碎片(称为枝晶)基于阳极的不受控制的生长可能会使电池短路;不需要的循环副产品，例如氧化锌，其产生的化学反应无法逆转;以及持续消耗电解质。

因此，旨在提高锌电池性能的大量研究主要集中在锌阳极的改性、阴极材料设计和电解质的改进上。

审稿人得出结论，当前的研究指向一系列已取得一定成功的方法。

至于阳极，审稿人发现“Growthcontrol”、“Interfacemodification”和“DesigningZnelectrodestructures”最有可能实现改进，例如将锌负载到多孔3D导电骨架上，修改阳极之间的界面和电解质、将锌与其他金属合金化以及添加添加剂已被证明是提高锌阳极性能的最有效技术。

至于电解质，由于液体电解质的耗尽或劣化是大多数锌电池最终失效的原因，因此优化这一元素对于整体提高商业可行性可能比任何其他方面都更为重要。在这里，研究指向新的高性能和稳定的电解质。

对于液体电解质，添加剂和廉价的表面活性剂(降低表面张力的物质)应该提高它们的电化学性能。离子液体具有固有的安全性、稳定性和广泛的电化学势，可以替代传统的水性电解质。对于使用固体电解质而不是液体电解质的锌电池，优异的热稳定性、高物理柔韧性是一个亮点。

评审员得出结论，由于他们评审中涵盖的大部分研究，近年来锌基电池的性能有了显着提高。尽管取得了这些进展，但他们发现可充电锌电池仍然不适用于许多商业应用。他们希望他们的评论能为该领域提供有用的路标，显示主要研究差距所在以及目前最有希望的途径。