麦立强/安琴友EES：解决近两个世纪的难题，重塑丹尼尔电池（铜锌电池）！

丹尼尔电池（铜锌电池）发明于近两个世纪前，但由于其不可充电的特性和有限的能量密度，一直被搁置一旁。然而，由于这种电池不需要稀土元素，而且是水系的，易于回收利用，因此特别具有可持续性。

图1 铜金属电极的沉积/剥离行为

武汉理工大学麦立强、安琴友、剑桥大学Michael De Volder等解决了丹尼尔电池的上述问题，使其适用于21世纪的储能应用。具体而言，首先，作者开发了基于Cu²⁺的电解质和Zn金属涂层，实现了Cu和Zn的可逆沉积/剥离，使丹尼尔电池具有可逆性。其次，作者采用阴离子交换膜（AEM）取代了盐桥，以低过电位实现了丹尼尔电池1.1 V的标准输出电压。最后，作者采用小巧的1 Ah软包电池取代了烧杯电池设计，以提高电池的容积性能。

此外，在第二种设计中，作者使用了带有碱酸混合电解质的双极膜(BM)，将输出电压提高到1.56 V。这两种电池都显示出超稳定的高工作电压和出色的循环稳定性，而且没有引入非活性盐。

图2 AEM锌铜电池的反应机理及其在H型电池中的电化学性能

重新设计的全金属电极电池具有众多优势，包括：平坦的电压平台；出色的安全性；弯曲柔性；材料的可持续性；由于在设计中不使用稀土或有毒材料或电解质，因此可直接回收利用。此外，全电池可在5 mAh cm^-2的高容量下稳定运行140次循环，并可在10 mAh cm^-2和20 mAh cm^-2的超高面积容量下稳定运行。

凭借出色的安全性能、优越的电化学性能和材料的可持续使用，作者预计所提出的全金属锌-铜电池将为新的储能系统奠定基础，尤其对大规模可再生能源储能应用具有吸引力。

图3 碱酸混合锌铜电池的构建和性能

Re-imagining the Daniell cell: Ampere-hour-level rechargeable Zn-Cu batteries. Energy & Environmental Science 2023. DOI: 10.1039/d3ee02786d