誰會想到，人們日常的食材螃蟹都能和電池扯上關係？據報道，科學家在螃蟹、龍蝦和蝦等甲殼類動物身上發現了一種獨特的化合物，可以用來製造可生物降解的電池。不知道這螃蟹看到了該怎麼想。不過對高需求的電池行業來說，可生物降解確實是挺重要的。

另外值得注意的是，科學家研究的是鋅電池。而且，據稱這種新型電池經過1000次電池循環後的能源效率為99.7%。

我們都知道，鋅在地殼中含量豐富，這意味著經濟性更好，而且鋅要更加安全。這對儲能電池行業而言是個好事情。

這期就扒一下有關鋅電池的那些事兒。

鋅基電池的發展歷史

鋅基電池的歷史可追溯到1800年，當時一位名叫沃爾塔的意大利人將銅板和鋅板堆疊起來，並閉合電路，由此發現了電池的原理。

幾個世紀以來，直到今天，原電池不斷被重新設計、改進和小型化，鋅始終是主要成分，與銅、錳、銀甚至空氣聯繫在一起！

但是不能再充電的原電池對世界來說是不夠的，很快，在19世紀末，第一個基於液體溴化鋅的鋅可再充電電池被髮明。

1901年，托馬斯·愛迪生獲得了第一個NiZn電池的專利。愛迪生還在鋅空氣和鋅銅電池的實驗中重點研究鋅，利用它們為他的留聲機、鐵路信號和電風扇等發明提供動力。

1959年，鹼性電池被商業化。它建立在粉末鋅陽極上，壽命比鋅碳電池的有重大改進。

1973年，開發了一種混合液流電池系統，使用一種鋅-溴化學物質。

1993年，鎳鋅基電池技術上取得了突破，改進了電解質。

2000年，鎳鋅基電池商業化。

2011年，Kang等人首次提出了“鋅離子電池”(ZIB)的概念，並報道了Zn2+在MnO2中的可逆插層/脫出。

2012年，首個大尺寸鋅空氣電池已商業化，儘管該技術已用於助聽器等小型應用數十年。由於具有非常高的理論能量密度，鋅空氣電池有望成為電動汽車快速充電的技術和經濟可行的一個解決方案。

2010-2020年十多年間，針對鋅基電池的研究增多，出現了許多有趣的技術和成果報道，如可充電的大尺寸鋅錳電池，鋅離子電池等。這些技術都有各自的獨特之處。

鋅基電池都有哪些類型？

根據鋅基電池的類型以其陰極材料和電解載流子來區分，鋅基電池可分為：鋅-空氣電池、鋅液流電池和鋅離子電池。

鋅-空氣電池

鋅-空氣電池與空氣中的氧氣一起工作，具有提供最高能量密度的潛力。

典型的鋅-空氣電池由多孔的空氣陰極和鋅金屬陽極組成，兩者之間由鹼性電解質隔開。放電過程中，空氣中的O2滲透到多孔陰極表面並被還原;同時，金屬鋅陽極氧化為可溶鋅酸鹽(Zn(OH)42)離子。從理論上講，這個反應可以通過在陰極處釋放出氧氣並進一步釋放到大氣中，以及在陽極處鍍上金屬鋅來逆轉。

鋅液流電池

鋅液流電池可以實現大規模電池存儲。

鋅液流電池是一種混合氧化還原液流電池，因為在充電過程中，大部分能量是通過將鋅金屬以固體形式鍍到電化學堆中的陽極板上而存儲的。因此，系統的總能量存儲容量取決於堆疊尺寸（電極面積）和電解質存儲容器的尺寸。

鋅離子電池

鋅離子電池是近年來發展起來的一種新型電池，它具有大功率密度和長循環壽命的優點。

典型的鋅離子電池由承載Zn離子的陰極、鋅金屬陽極、電解質以及分離陰極和陽極的隔膜組成，其結構與鋰離子電池十分相似。在充放電過程中，鋅離子在陰極和陽極之間移動。

鋅基電池有哪些優點？

長時間存儲

能源儲存技術正在發展，需要更長的儲存時間——電池可以提供超過幾個小時的電力。更長的存儲時間可以在長時間沒有太陽能或風能的情況下提供電力，從而更好地利用可再生能源。在長時間停電時為建築物供電，並儲存廉價的夜間電力供高峰時段使用，實現更有效的峰谷電力調節。

鋰離子電池擅長於日常循環，但它們不能經濟地運行足夠長的時間來保證多天的電力備份。鋅基電池可以同時做到這兩方面，並且具有成本效益。

優越的能量+功率密度

鋅基電池具有長循環壽命，高比能量和功率，以及免維護運行。這些能力使鋅基電池能夠支持苛刻的商業和工業應用。鎳鋅基電池在主流可充電電池中達到了最高的功率密度。

總成本低

正常的應用和使用條件下，鋅基電池的平均壽命約為20年。更長的使用壽命通過減少維護、更換成本和更可靠的性能降低了總擁有成本。

使用簡單

鋅基電池具有較寬的工作溫度範圍，優於大多數其他化學電池。它們的維護成本也較低，幾乎不需要維護來保持性能和安全。因為它們不含有害物質或硫酸鹽，所以不需要像其他電池一樣，在充電時持續監測電池平衡和安全。

無毒性

鋅是一種非常“乾淨”的元素，它是一種必需的微量元素，用於人體營養補充劑和肥料。鋅基電池可以運輸，安裝和維護，沒有危險的擔憂或特殊要求。

不易燃

鋅基電池不易燃，不存在熱失控或漏氣的風險。它們也不需要額外的熱管理或滅火系統。

鋅資源豐富

鋅是世界上第四大金屬，僅次於鐵、鋁和銅。世界上的鋅資源豐富，可以滿足未來許多代人的需求。

可回收利用率高

在使用壽命結束時，從電池中回收的鋅可以通過完善的渠道進行回收，而且鋅可以在新電池中重複使用。

鋅基電池的應用場景有哪些？

可再生能源整合+微電網

太陽能電池板和風力渦輪機非常適合產生清潔的電力，但如果沒有太陽照射，沒有風吹呢？鋅基電池在產生電能時儲存電能，並在最需要的時候放電。鋅基電池具備一次性將電力釋放回電網幾個小時甚至幾天的能力。

鋅基電池的所有優點在這些應用中都得到了利用——長時間儲存，長壽命，低總擁有成本，以及安全的技術。

微電網中的可再生能源和電池儲存在農村地區和環保組織中越來越重要。鋅基電池在這些領域提供了一個清潔和高性能的解決方案。

建築+住宅儲能

安裝在家庭或建築物中的鋅基電池在停電的情況下提供電力，其能力可以維持數天的電力供應。這些電池由電網或太陽能電池板供電。在建築住宅春泥更領域，鋅基電池正在得到更廣泛的應用。如鋅-錳電池、鋅離子電池都被開發用於這類儲能場景。最關鍵的是，建築+住宅儲能對電池的安全性能有更高的要求，而安全性是鋅基電池的一大優勢。

數據中心備份電源

每天產生和存儲的大量數據意味著電池技術需要不斷髮展，以支持這一關鍵領域。與鋰離子電池相比，鋅基電池對環境的影響更大。鎳鋅基電池可提供更高的功率，更寬的工作溫度範圍，更低的維護和優越的安全性。

交通系統

不間斷供電對道路交通至關重要，交通信號或通知系統的停電有可能導致嚴重事故。聯網汽車和5G在交通領域的發展，將顯著增加對“始終在線”智能交通系統的需求，並增加電池在確保可靠性方面的重要性。

鎳鋅基電池已經被證明是運輸UPS系統中反應最快和最可靠的選擇，自從這些產品的商業化以來，已經被大量應用於交通領域。這一領域都有著良好的記錄。

航空航天/國防

關鍵任務的應用需要性能和安全的結合，只有鋅基電池可以提供。鋰電池不太適合航空和海洋應用，因為其潛在的熱失控和易燃性問題。鎳鋅基電池功率密度大，重量輕，操作安全，可滿足航空航天國防的某些應用需求。

關於鋅電池方面的專著推薦：

1.《Zinc Batteries: Basics, Developments, and Applications》Wiley-Scrivener出版社 2020年05月出版。鋅電池：基礎知識，發展和應用旨在討論不同的鋅電池的能源存儲應用。本書還對鋅電池的各種儲能材料進行了深入的描述。

2.《鹼性鋅/二氧化錳電池》以鹼性鋅錳電池為例，主要闡述電池由化學能直接轉變為電能的四大要素；轉換過程中遇到的三種阻力和如何測試、分辨、減少這三種阻力；如何按電化學原理來提高電池的比能量、比功率和防漏防爆的性能；並且闡述鹼錳電池的反應機理、控制步驟及其與工藝的關係；介紹如何設計和製造產品，其中包括材料和零部件的性能、技術要求、檢驗方法，工藝流程和工藝管理，如何按工藝要求選擇設備和設計模具。

3. 國家標準：GB/T 18333.2-2015 電動汽車用鋅空氣電池

本標準規定了電動汽車用鋅空氣電池（以下簡稱電池）的術語和定義、符號、要求、試驗方法、檢驗規則、標誌、包裝、運輸、貯存。