近年来，电化学储能发展迅猛，由于其高系统效率、低占地面积、对地理环境低要求等等优势特征。尽管锂离子电池已经主导了动力电池市场，然而，锂电的一些固有缺陷包括低安全性、低功率密度、高成本、原材料供应链受到地缘政治和去全球化因素威胁等等，阻碍了其在固定式储能领域的应用。因此，开发非锂电体系的电池以满足不同应用场景的需求变得至关重要；其中用锌电池取代锂离子电池的喊声也一直没有停止过，水系锌离子电池因其低成本、高安全性、高功率密度和环境友好等特点在储能领域具有广阔的应用前景。
新材云创专研新材料产业并始终关注水系锌离子电池细分领域的发展，近日，新材云创专访瀚为科技CEO刘奕杨，共同探讨水系锌离子电池的发展与现状。刘奕杨是伦敦大学学院博士，也是浙江瀚为科技有限公司创始人。在2021中国•绍兴第六届海内外高层次人才创新创业大赛上，刘奕杨团队以极其豪华的科研团队、卓越的科研成果、广阔的市场前景等荣获佳绩。
在碳达峰、碳中和的大趋势下，对于可再生能源的转化与利用变得日趋重要，资本角逐频发，尽管目前锂离子电池占据了大部分电池市场，但由于本土锂资源匮乏、成本高、有机电解液导致的易燃等问题，限制了它们的进一步发展，特别是在大规模储能系统应用领域。
受益于高安全性、锌储量丰富、低成本和高能量密度的优势，水系锌离子电池作为具有巨大前景的储能系统有很大研究发展空间，尤其适用于以削峰填谷、风光电配储、峰谷套利、备用电源等为代表的固定式储能领域。在成本、核心优势、固定式储能需求等各个方因素作用下，水系锌电池成了后锂电池时代低成本、高功率、绝对安全的储能设备；
浙江瀚为科技有限公司，致力于将水系锌基电池应用于工业用削峰填谷储能电池、光伏风伏配套储能、电网调频等高功率密度需求领域。项目团队曾荣获全球互联网+创新创业大赛全球金奖等十余项海内外知名奖项。核心研发团队均为全球排名前十院校的院士、教授、博士、博后，具有丰富的海外科研和产业工作经验，团队在电池及电化学领域研发经验超过 8 年，用于公司产品的海内外累计研发支出和设备购置费用超 5000 万元人民币。
水系锌离子电池由多个不同组件组成，各类组件的理化性质是影响到电池最终产品性能的最大因素。瀚为科技的技术路线选择可以最大化安全性能、且能低成本实现长循环寿命；其技术优势体现在以下三个维度：
锌金属阳极的高密度（7.14 g/cm3）、高比容量（5,855 mAh/cm3）、低成本（￥25.8/kg）等特性，使得其优于锂金属和石墨，是最理想的负极材料之一；
水系电解质的使用使得电池具有绝对的安全性，同时，其远高于有机电解质的离子电导率（1 S/m）使得该电池能具备极高的功率密度（1,500~5,000 W/kg）和极低的充放电过程中的放热效应；
c.使用嵌入型阴极而非转化型阴极（如镍氢、锌镍、传统锌锰），延长电池循环寿命和循环可逆性。转化型阴极通常伴随强碱性电解质的使用，使得电池的循环寿命上限在1000圈以内。
传统闭合构型：该构型常见的形态有柱状、软包、方形电池等等，可以最大化电芯能量/功率密度、简化生产工艺、且具有广泛的适用性。
微液流构型：该构型是在全球范围内首创的一种将传统闭合体系和液流体系相结合的新型构型。其相比于传统闭合体系可以大幅延长器件寿命（8,000~10,000 圈循环寿命，折合 16~20 年），提高电芯单体容量（1 kWh 及以上）从而降低电控系统成本、规避锌枝晶等问题带来的电池寿命衰减。
负极材料在材料化学方面，为了提升负极的循环稳定性（减少枝晶、抑制析氢），开发了新型电极结构设计、生物质凝胶、高分子薄膜涂覆等技术路线，实现了极高的负极材料循环可逆性和放电深度。
正极材料在主流材料体系中均有深厚的积累，各类材料均具有顶尖的性能，包括但不限于极高的比容量、长循环容量保持率 (1200 次循环后容量保持 98%)等等。此外开发的正极材料还具备本征安全性、低成本 (约为锂电 20~30 分之一), 极高的能量 (300~480 Wh/kg) 和功率密度 (5,000~9,000 W/kg)，其尤其适合快充、电网功率补偿、大工业用户峰谷套利等应用。
电解质材料目前科研领域主流的技术是单一的电解液添加剂，用以满足稳定的锌负极反应。由此团队开发了一种由十余种有效物质混合调参而得的电解液，成本仅需¥13/kWh，相较学术界和产业界其它竞品公司有质的飞跃。
集流体材料传统的碳基集流体成本高、脆性大，而铜基集流体析氢电位低、粘附力有限，其会导致一系列的水系电池产业化障碍。瀚为科技开发了一种合金集流体，其具备高析氢电位、低成本、高导电性等一系列优异性能。
粘结剂材料传统的粘连剂以PVDF为主，其含氟量较高。且需要NMP作为溶解剂，对于环境和产业链下端材料回收不是很友好。团队为产品量身定做了一款低含氟率的水系粘结剂配方，其在1000 圈充放电循环容量保持率为 98% (2 A/g)，容量相比用传统粘黏剂有 30%的提升；该性能优于行业内其它普遍使用的粘结剂配方，且具有更低的成本。此外，该粘结剂的应用还可以规避 NMP 的使用，从而在生产工艺中移除 NMP 回收系统，在降低总体能耗和成本的同时也提升了环境友好度。
在产品研发方面，公司团队在水系锌离子电池的电极、电解质、粘结剂配方上取得重大突破。其具有以下特征：
刘奕杨解释说，“以目前可预见的科技发展方向来看，水系锌离子电池可以作为碱性锌锰电池的升级产品，有时也能当做锂离子电池的平替产品。”
经过团队测算，如果能够大规模生产，水系锌离子电池与碱性锌锰电池、铅酸电池在同一个数量级，价格差距不太大，但是储能能量和功率密度及循环寿命，可高了多个数量级。“在风光电配储、峰谷套利、备用电源等很多场景都可以应用。市场预估，到2030年，在碳中和背景下，固定式储能市场可以增加近500倍”。
机遇同样预示着挑战，针对性改善关键组件、材料的电化学性能，提高锌离子电池的放电性能和循环性能，以促进锌离子锌电池的进一步开发和应用，对水系锌离子电池发展有重要的意义。
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