悉尼科技大学(UTS)与英国曼彻斯特大学的研究团队近日宣布开发出一种新型锌离子电池，其充放电循环寿命较传统锌离子电池延长50%，有望成为锂离子电池在储能领域的更安全、更可持续替代方案。
电动汽车电池的代表性图像。 Matti Blume/维基共享资源
锌离子电池因其低成本、高安全性及环保特性，被视为大规模储能(如电网级太阳能或风能存储)的潜在解决方案。然而，传统锌离子电池因内部组件在反复充放电过程中快速退化，导致使用寿命较短。此次研究通过两项关键技术突破，使新型锌离子电池实现5000次充放电循环后仍保持高容量，显著提升了其商业化可行性。
研究团队在论文中指出，技术突破的核心在于两项创新。其一为二维(2D)超晶格材料的应用。该材料由多层氧化锰(一种常见电池过渡金属氧化物)与石墨烯(超薄碳片)构成，通过原子级厚度的“三明治”结构形成超晶格。其二为对“杨-特勒效应”(Jahn-Teller Effect)的协同利用。这一量子现象导致特定原子在特定环境下发生形变，形成原子层面的应力释放机制。研究团队通过在材料结构中引入该效应，使电池在锌离子反复插入与移除过程中能够承受应力，避免结构断裂。
“这种设计相当于为电池赋予了‘灵活骨骼’，使其在充放电过程中能够弯曲而非断裂。”研究团队解释称。通过上述创新，新型锌离子电池的阴极材料稳定性显著提升，从而延长了整体使用寿命。
此外，该电池采用水基电解质、低温制造工艺及无毒材料，简化了生产流程并降低了环境影响。其安全性也优于锂离子电池――锂离子电池因易燃性存在安全隐患，而锌离子电池在高温或过充条件下不易起火。
研究团队强调：“我们的方法通过协同利用杨-特勒效应缓解电极材料应力，为延长可充电电池寿命提供了有效策略。”最终成果是一种低成本、高性能且耐用的水系锌离子电池，其安全性显著高于依赖钴、锂等稀缺金属的锂离子电池。
从应用前景看，该技术有望推动电网级可再生能源储能系统的普及。由于锌资源丰富且价格低廉，新型电池在成本效益上亦具备优势。
“这项研究为二维材料的应变工程开辟了新方向。”UTS主要作者兼通讯作者王国秀教授表示。目前，研究团队正与产业界合作推进技术转化，目标在未来三年内实现小规模商业化应用。
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