锌基电池是电池研究的重要方向之一 行业现状及发展前景成焦点【SMM锌产业大会】
在上海有色金属网（SMM）主办的2022中国锌产业大会暨中国锌产业高质量发展论坛暨2022（第五届）中国热镀锌技术与市场研讨会、2022（第十届）绿色锌盐及锌原料及钢灰交易峰会上，超威电源集团有限公司研究院副院长、博士/副研究员程杰发表了《锌基电池研究与产业发展现状》的主旨演讲，从锌基电池诞生的背景、传统的可充电锌基电池、新型锌基电池体系、锌基电池存在问题及发展趋势等方面进行了阐述。
背景
中国锌锰电池在高能量、高功率方面取得进展，产品大量出口，品质享誉全球，行业未来增长空间不大。铅酸电池具有成本低、可靠性高、安全性高、环境适应性好、回收技术和产业链成熟等优势，是目前最重要的化学电源之一；行业需加快转型升级。动力和储能是锂离子电池主要增长市场；其他电池也在朝这个方向发展，力图分一杯羹。
据统计，锌基电池的产值约为200亿(一次电池)，二次锌基电池的产值还很低。
通过对比不同金属的特性可以看出，金属锌具有体积能量密度高、成本低等独特优势，是水溶液中电位最低的可充电金属，使得锌基电池长期以来成为电池研究的重要方向之一。
目前可充电锌基电池的种类有锌锰电池、锌镍电池、锌银电池等，其中可充电锌基电池中传统上应用较为广泛的是锌银电池；锌镍电池的研究和应用历史较长，但规模较小；可充电锌锰电池的研究也较为深入。
传统可充电锌电池
可充电碱性锌锰电池
其特点是成本低、比能量低（~40Wh/kg）、可浮充，但循环寿命差，还存在锌电极枝晶生长、变形（重新分布）、锰电极衰减快等问题。
传统锌镍电池
其特点是比能量高（~70Wh/kg）、比功率高、资源丰富、可浮充，但存在锌电极枝晶生长、变形（重分布）等问题，目前该电池处于持续研发阶段，实际应用较少。
锌银电池
其特点是比能量高（~100Wh/kg）、比功率高，循环寿命约50次，但存在锌电极枝晶生长、变形（重新分布）、银迁移等问题，该类电池一般用于军事领域。
新型锌基电池系统
锌尖晶石锂锰氧化物电池：正极集流体为石墨，负极集流体为不锈钢，隔膜为玻璃纤维毡（AGM）。
其平均放电电压接近1.8V，循环性能良好，但也存在枝晶的问题。
锌-二氧化锰电池（a-MnO2，中性水溶液）：所用电解液为中性硫酸锌或Zn(NO₃)₂水溶液，平均放电电压在1.3V左右，循环性能好；二氧化锰的比容量达到/g（0.5C），但也有枝晶的问题。
锌-二氧化锰电池（g-MnO2，中性水溶液）：所用电解液为中性硫酸锌水溶液；平均放电电压接近1.3V，充放电时出现4对平台，比容量达到/g(0.05mA/cm2，MnO2)。
锌二氧化锰电池（a-MnO2，中性水溶液）：溶液中含有的锰离子，具有明显的抗衰退性能，提高比容量；其电解液为2mol/L硫酸锌+0.1mol/L硫酸锰水溶液。
锌-磷酸铁锂电池（中性水溶液）：其电解液为4mol/L氯化锌+3mol/L氯化锂水溶液（pH4）；具有良好的倍率性能，较高的库仑效率和能量效率。
锌铜钠亚铁氰化物离子电池：其电解液为1mol/L硫酸钠+0.01mol/L硫酸水溶液；具有循环性能提高、倍率性能好、库仑效率和能量效率高的特点。
锌有机电池（锌-噁嗪）：该电池平均放电电压约为0.85V，循环性能良好。
此外，锌有机电池（锌-聚醌）和锌有机电池（醌-锰）均具有良好的循环性能，后者的平均放电电压较低。
锌碳超级电容器（电池）：采用活性炭作为正极，最高电压可达1.8V，循环性能好。
锌基电池存在的问题及发展趋势
水系锌基电池具有比能量高、安全性高的特点，其中锌镍电池近年来已解决多项技术难题并推出多款产品，是目前最具竞争力的碱性电池体系。
锌电极是锌基电池研发的关键难点，流化处理可有效提高锌电极的循环寿命，但比能量却大幅降低。
中性水溶液锌基电池是目前发展的热点，其正负极都存在诸多问题，如锰基正极材料衰减快、溶解、晶体崩塌等；电解液中需要溶解更多的锌离子，因此锌电极的自腐蚀、钝化、枝晶问题可能比碱性溶液中更严重。
锌的变形和枝晶、钝化和析氢：锌电极是沉积溶解型电极，放电时锌离子进入电解液，充电时在不同位置生成金属锌，从而产生变形和枝晶。钝化和析氢是在充放电过程中，表面形成致密的膜层和因腐蚀而产生氢气。
掺杂铅、镉等，可以改善极化，提高电流分布的均匀性，抑制锌电极的变形；铅、镉等还能抑制析氢作用；
铋、锶等掺杂改性可以提高锌电极的电导率，优化电流分布，抑制锌电极枝晶的生长；
在锌电极中掺杂镁、钙、铝(碱性条件下)，可以减少锌离子的溶解，抑制锌电极的变形和枝晶的形成。
超细隔膜和凝胶电解质可以抑制锌电极的变形和枝晶。
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