PNNL的新型可充电电池提供了便宜，环保的可再生能源存储替代方案

一个研究小组出人意料地发现了一种可充电电池，它与标准汽车电池一样便宜，但具有很高的能量密度。这种新型电池可以作为支持电网和存储可再生能源的一种替代方式，以环保和经济的方式。

研究人员能源部太平洋西北国家实验室当他们意识到这种新型电池的工作方式与他们原先设想的完全不同时，他们发现了这种储能装置。

可充电锌锰电池的想法并不新鲜;自20世纪90年代末以来，研究人员一直在研究这种廉价、安全的锂离子电池替代品但是这些电池通常在充电几次后就停止工作了。我们的研究表明，这些失败可能是因为我们未能控制可充电锌锰储能系统的化学平衡。

小君刘，太平洋西北国家实验室研究员

化学倾斜

长期以来，研究人员一直专注于可充电锂离子电池，这导致他们探索锂离子的来回运动。锂离子电池使用一种称为插层的过程来存储和放电能量。在这个过程中，锂离子进入和离开存在于电池两个电极原子之间的微观空间。

这一概念在储能研究中已被广泛确立。当PNNL的科学家与华盛顿大学合作时，他们开始考虑一种成本效益高、安全的锂离子电池替代品。科学家们认为锌锰氧化物电池能够充电，因为他们相信锌也能够同样地进入和离开电池的电极。

该团队进行了一系列测试，并惊讶地发现该设备正在经历一个完全不同的过程。该团队的锌锰氧化物电池并不是仅仅在锌离子周围移动，而是通过可逆的化学反应将其活性物质转化为全新的物质。欧洲杯足球竞彩

有吸引力的替代

刘和他的团队开始研究可充电锌锰电池，因为它们在纸上很有吸引力。这些电池可以非常便宜，就像铅酸电池一样，因为它们利用了锰和锌等廉价而丰富的材料。欧洲杯足球竞彩这种电池还可以比铅酸电池具有更高的能量密度。PNNL的科学家们认为，通过进一步研究锌锰氧化物电池的内部性能，他们将能够开发出性能更强的电池。

基于这一假设，科学家们继续研究并开发了一种电池，该电池有一个正的二氧化锰电极，一个负的锌电极，以及两者之间的一种基于水的电解质。该团队将微小的、纽扣大小的测试电池放入绞水机中，然后不断地充电和放电。正如之前发现的那样，他们的测试电池在充电几次后就迅速失去了存储能量的能力。

详细调查

为了调查这一问题的原因，科学家们对电极材料和电解质进行了详尽的结构和化学分析。欧洲杯足球竞彩令他们惊讶的是，科学家们没有找到锌与锰氧化物在电池充放电过程中混合的证据。这一意外的发现让科学家们怀疑，电池是否没有像他们之前认为的那样，通过一个简单的插入过程。锌锰电池有可能不同于锂离子电池，而更类似于标准的铅酸电池，铅酸电池也依赖于化学转换反应。

为了进行更深层次的研究，科学家利用核磁共振、x射线衍射和透射电子显微镜等多种科学技术，对电极进行了一系列增强仪器的分析。用于分析的仪器来自环境分子科学实验室(EMSL)，这是位于PNNL的能源部科学办公室的用户设施。欧洲杯线上买球通过整合所有这些技术，科学家们发现锰氧化物以可逆的方式与来自水基电解质的质子发生反应。这导致了一种叫做硫酸锌的新材料的开发。

一般来说，锌锰氧化物电池在几次循环后会立即失去相当大的存储容量。当锰从电池的正极开始脱落，使电池的活性材料无法存储能量时，就会发生这种情况。当少量锰溶解在电解液中，电池开始逐渐稳定，电池的存储容量趋于平衡。

一个简单的修复

科学家们利用这一新的信息来避免锰污染的进一步发生。考虑到电池经过了化学转换，研究小组估计，可以通过增加电解液中锰的初始浓度来降低锰的溶解速率。

该团队将锰离子引入新的测试电池的电解质中，然后让更新后的电池通过另一组测试回合。这一次，电池在5000次循环后达到了每克锰氧化物28 ma -hour的存储容量，同时保留了92%的初始存储容量。

本研究表明，锌锰氧化物电池在化学转化反应过程中需要控制平衡，以提高电池性能。因此，锌锰氧化物电池可能是比目前用于支持电网的锂离子电池和铅酸电池更可行的大规模能源存储解决方案。

小君刘，太平洋西北国家实验室研究员

科学家们计划继续对锌锰氧化物电池的基本操作进行研究。在了解了电池化学转化反应的产物后，该团队现在计划确定有助于开发这些产品的不同中间过程。科学家们还将专注于电池的电解质，以了解额外的变化将如何影响电池的性能。

这项研究得到了美国能源部科学办公室的支持，利用了环境分子科学实验室(EMSL)的资源，该实验室欧洲杯线上买球是美国能源部科学办公室位于太平洋国家实验室的用户设施。