研發無爆炸或著火危險的下一代鋅離子電池

由儲能研究中心的Joong-Kee Lee博士領導的研究小組開發了一種下一代二次電池，該二次電池使用鋅金屬作為電極，沒有爆炸或著火的危險。這種電池足夠安全，可以戴在身上，并且可以制成纖維狀，這意味著將來有可能將其用作可穿戴設備的電源。

近來，對安全電池的需求已急劇增加，這主要是由于使用鋰離子電池的電子設備中發生了火災。高度易燃的電解質是引起此類火災的主要原因，但是由于Zn離子二次電池使用水基電解質，因此沒有爆炸的危險。因此，它們被認為是更換鋰離子電池最有希望的候選者之一。

然而，作為現有Zn離子電池的核心材料的鋅陽極存在固有的問題，因為它們在水基電解質中經受連續腐蝕。不僅如此，當鋅離子存儲在金屬表面上時，它們會以支鏈(樹枝狀)的形式積累為晶體，并引發電極之間的短路，從而導致效率急劇下降。已經進行了研究以例如通過鋅金屬配合物，表面涂層和形狀改變的方法來解決該問題，但是在處理成本和時間方面存在主要限制。

由KIST的Lee博士領導的團隊開發了一種周期性陽極氧化方法，該方法涉及反復允許和阻止金屬電極表面上的電流流動，從而成功地同時控制氧化鋅膜的表面涂層形態和形狀圖案陣列。

使用這種方法，KIST研究小組通過在鋅金屬表面形成六角形金字塔的功能化形狀，抑制了電化學反應期間樹枝狀晶體的生成。根據周期性陽極氧化方法，覆蓋六棱錐的上部的氧化鋅較厚，而側面較薄。厚度的變化促使鋅金屬在具有相對較薄的氧化鋅層的一側積聚。樹枝狀晶體是一個問題，因為它們垂直堆積在金屬表面上，但是有關的新開發技術促使鋅金屬膜在電極表面上沿水平方向生長，并且能夠有效地抑制樹枝狀晶體的產生。至于在表面形成的氧化鋅膜，阻止了與電解質的直接接觸，從而同時防止了腐蝕和副反應。

通過這項研究開發的Zn離子二次電池在1000次循環中仍保持了近100%的容量，即使歸因于極端條件(9,000 mA / g，完全充滿和放電大約兩分鐘)下反復充電和放電也是如此其結構和電化學穩定性。

基于這種穩定性，KIST的研究人員制成了柔性纖維形式的Zn離子二次電池。除了可以容易彎曲外，它還可以用于衣服，如果是織物制成的包。

KIST的高級研究員Lee博士說：“這項研究開發的高性能Zn-離子二次電池不會帶來與鋰離子電池與人體接觸相關的任何潛在風險。與此同時，我們希望它作為下一代對人體安全且不會引起任何爆炸或著火危險的二次電池而引起人們的關注，其出色的電化學性能可與現有的商用電池媲美。看起來，基于出色的穩定性，改進的電化學性能和簡單的工藝，將有可能使制造工藝在現實生活中具有實用性。”