水系锌电池：下一代大规模储能技术的有力竞争者

水系锌电池：下一代大规模储能技术的有力竞争者

随着新能源装机的不断增长和电池技术的不断迭代，储能在实现碳中和目标中发挥着越来越重要的作用。同时，储能路线也在不断向更安全、更环保、更低成本、更高效率升级。水系锌电池作为极具潜力的新兴电池路线，具有本质安全、寿命长、原材料丰富、成本低廉等特点，是下一代大规模储能技术最有力的竞争对手。

上周六，华兴资本邀请了三位来自业界的重量级嘉宾，举办了一场精彩的线上论坛《CEC Tech Talk-能源创新驱动低碳未来：水系锌电池从实验室到产业化》，探讨水系锌电池的性能特点、应用场景、材料体系及产业化进展等。我们现已将线上论坛的内容整理编辑成文字稿，分享给大家。

主持人：水系锌电池是一种新型的电池路线，相信很多人对它还不是很熟悉，请各位专家先为大家介绍一下水系锌电池的特点以及和目前主流的电池路线相比有哪些区别。

晁东亮：首先我们先明确两个概念，水系锌离子电池主要的电荷存储机制是依赖锌离子的存储，而锌电池涵盖的范围更广，可以是酸性的，也可以是碱性的。水系锌电池在学术界并不是一条新路线，国内外都有研究。如果你留意发表的文献，其实每年都有很多顶级期刊发表水系电池和水系锌电池相关的研究论文。

最近资本界非常关注，也有很多投资者来找我们了解相关情况。其实最主要的还是因为它便宜、安全，这是电池领域大家最关注的两个点。同时我们国家和澳大利亚的锌资源储量分别是世界第一、第二，所以我们的资源不会受到限制，不像锂资源依赖进口70%以上。这个其实很简单。

田华俊：对于一个新电池路线，首先要明确它是跟谁比，应用在什么市场。目前储能领域广泛应用的锂电池和铅酸电池，其实它们的发展问题不一样，就像刚才巢教授讲到的，比如锂离子电池的安全事故，铅酸电池的能量密度和循环劣势等等。所以我们一直在寻找一个更好的储能技术，包括高校、科研院所、企业，这也是我们一直在做的事情。

从以上几个角度来看，我们发现水系锌电池有着其独特的优势，比如与目前的锂离子电池相比，水系锌电池本身具有安全性；与铅酸电池相比，水系锌电池在能量密度、循环等方面具有更优的性能。

主持人：刚才我们讲了水系锌电池的一些特点，想跟几位专家讨论一下这个。因为电池的下游主要是动力和储能两大方向，再往下还有很多细分的场景，水系锌电池在哪些场景会更适合，会更早爆发。

晁东亮：水系锌电池最有可能的市场是规模化储能市场。由于它们价格便宜、安全，而且非常容易组装成各种形态，这些特点特别适合规模化储能。但从另一个角度看，在目前产学研界探索并解决了循环、稳定性问题之后，其在规模化储能领域的价值会进一步凸显。

第二是铅酸替代的市场，这个市场非常大，比如启停电池、低速动力，因为对循环要求没那么高，所以锌水完全可以替代。

第三是一些消费市场。其实我们家里用的很多电池都不是锂离子电池，比如我们家里的5号电池，基本上都是水系电池。但是现在这些水系电池的能量密度比较低，都在50、60左右甚至更低。我们现在研发的水系锌电池，基本上可以达到100Wh/kg以上，显然可以取代现在所有的水系电池市场。

第四，有些市场像航天、军工、船舶等，对安全性要求非常高，但对重量不是那么敏感，比如我们现在跟华为合作做基站电源，它更注重基站数据的安全存储，所以会选择水系电池。

田华俊：上面的各位专家其实已经介绍的比较全面了，我可以补充一下，还有一些小众的场景，比如可穿戴电子设备。因为水系锌电池具有很好的力学性能和很好的机械应变能力，可以弯曲、折叠、切割，所以在柔性电子领域也有应用前景。

应航君：除了大规模储能市场之外，水系锌电池和铅酸电池的市场可能还是有很大的重合度的，因为它的能量密度和循环性能还是比铅酸电池好很多的。能不能在电动叉车、班车等一些低速动力应用上尝试一下？因为我知道现在电动叉车还是以铅酸电池为主，所以我觉得在这方面水系锌电池替代铅酸电池还是有很大的机会的。

主持人：目前水系锌电池技术和产业化现状如何？从上游材料角度，有哪些路线可供选择？各路线的优缺点是什么？关键材料领域目前发展和配套情况如何？

田华俊：从上游层面，其实大家在正极材料、电解质材料等方面都做了很多工作，也解决了不同的问题。在正极方面，我觉得可以重点做锰基材料，包括商业化的二氧化锰等，它已经形成了一个完整的产业链。我们要做的是利用一些共沉淀、喷雾干燥等工艺，让它适应水系锌电池，提高它的容量、电压平台、稳定性，解决溶解度、导电性等问题。

应航君：正极材料现在还是三个主流方向，一个是锰系，一个是钒系，一个是普鲁士蓝。这几个方向各有优缺点。长期来看，会不会形成统一的路线还不好说，但我觉得在我们目前搞的弱酸性或者中性体系中，锰系肯定是一条很有前景的路线。首先它的工作电压比较高，成本各方面都比较可以接受，而且比容量也比较高，循环寿命各方面都是最好的。

晁东亮：水系锌电池的机理复杂程度比锂离子电池体系要高，我们自己实验室在推广碱性锌电池，碱性电解液需要镍等一些正极材料，目前这个方向从产品上能做到100Wh/kg以上，不是实验室能做到的。

主持人：水系锌电池从实验室走向产业化的过程中，目前进行到了哪个阶段，还可能面临哪些挑战？

田华军：从目前的进展来看，水系锌电池已经取得了不错的综合性能，能量密度应该在80-100Wh/kg之间，如果跟铅酸电池相比，它的能量密度已经很高了，有的企业应该可以做到循环寿命3000~5000次，甚至高达10000次（实验室）。

同时，水溶性锌在大规模商业化使用过程中仍需要攻克一些技术难点，包括如何拓展电解液的稳定窗口、锰基正极电池的导电溶解问题、减少负极侧的枝晶和腐蚀问题、以及电池单元结构的设计，是方形还是软包等等，这些都是下一步产业化需要解答的问题。

晁东亮：从我们面临的挑战来看，我觉得核心就是两点：能量密度和稳定性。众所周知，能量密度直接关系到电压和容量两个指标。至于电压，目前有一些策略可以解决，包括高浓度电解液，还有其他提高电压的方法，比如抑制水的活性等。稳定性方面，最重要的是负极，我们现在看到一些解决锌负极的措施，包括电解液的改变，隔膜的改变，甚至表面界面层的改变，这些都会抑制锌枝晶的生长。

从时间角度看，新技术从科研界积累到产品生产线通常没有3-5年的时间很难实现。现在正是水系锌电池在科研界最热的时候，或者说发展最好的时候，也就是说再过3-5年，我们就能看到水系锌电池在产业化应用。

应航君：从技术层面来说，我觉得虽然材料现在还存在一些问题，但是从实际应用的角度来说，其实没有什么大的障碍。现阶段可能更多的是规模化，进一步降低成本，同时增加这个产品的知名度，让更多的人了解这个技术体系。这可能是下一步产业化的关键。

问：材料和电池单元的成本是多少？

A：有研究提到材料成本可以达到1分钱/Wh，如果是基于锌锰体系，这个应该比较容易实现。从电芯角度看，体积增大之后，整体成本可以低于0.3元/Wh，考虑到回收利用的话，肯定会比铅酸电池3-4分钱的水平要好。

问：水系锌电池会发展成液流型吗？

A：水系电池下一步的发展必然是走向液流，最简单直接的理解就是需要规模化，实现更高的循环。

问：什么样的水性锌初创企业有潜力实现长期发展？

A：一开始最重要的是打造一些技术壁垒，从材料端到工艺端积累一些独到的技能，然后产业化场景和有自己的市场定位也很关键。