新型电极技术助力水系锌电池性能提升

来自 实验室仪器网

水系锌电池因其安全性、环境友好性和高能量密度而受到广泛关注。通过采用新型电极技术，可以显著提升其性能。

蔚山国立科学技术研究院 (UNIST) 和能源研究院 (KIER) 的研究团队开发出一种制造电极的关键技术，该技术可以调节水性锌电池中枝晶的形成。这项研究发表在《先进能源材料》杂志上。

该项研究由蔚山国立科学技术研究院 (UNIST) 的 Jaephil Cho教授和韩国能源研究院 (KIER) 光州清洁能源研究中心的Jung-Je Woo博士参与。

与使用挥发性液体电解质的锂离子电池相比，水性锌电池是使用水作为电解质的二次电池，消除了火灾隐患并提高了环保性。此外，与每个离子仅使用一个电子的锂离子电池相比，水性锌电池由于每个离子使用两个电子，因此有可能提供两倍以上的容量。

该技术商业化的一大障碍是，枝晶在水性锌电池中的形成比在锂离子电池中更活跃。利用氧化铜，研究团队能够调节枝晶的形成并促进锌的持续沉积。以这种方式制造的电极电池的寿命比传统电池长十倍以上。

添加铜等促进剂来加速锌的初始生长和直接均匀沉积是过去抑制枝晶形成的主要策略。这种策略的问题在于，电池会在充电和放电之间反复循环，从而导致枝晶再次形成。

为此，研究团队开发了一种利用氧化铜逐步控制枝晶形成的技术。与普通铜类似，氧化铜可以引导锌的沉积并促进其初始生长。此外，与普通铜相比，氧化铜的导电性经过优化，可使锌均匀分布沉积，从而实现更有效的沉积。

氧化铜将锌均匀分散后，逐渐自组装成支架，支架犹如栅栏，抑制锌的异常生长与沉积，因此即使频繁充放电，也能持续防止枝晶的形成。

该研究团队的技术驱动电池的寿命比传统水性锌电池长十倍以上，提高了商业化的可能性。

研究团队通过有效控制锌的沉积，实现了世界领先的60mAh/cm²容量。他们还验证了该技术可用于64cm²的大面积电极，并通过3,000多次电池性能测试证明了其耐用性。新型电极技术为水系锌电池的性能提升提供了新的解决方案，未来的研究可进一步探索其在商业化应用中的潜力。

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