研发无爆炸或着火危险的下一代锌离子电池

由储能研究中心的Joong-Kee Lee博士领导的研究小组开发了一种下一代二次电池，该二次电池使用锌金属作为电极，没有爆炸或着火的危险。这种电池足够安全，可以戴在身上，并且可以制成纤维状，这意味着将来有可能将其用作可穿戴设备的电源。

近来，对安全电池的需求已急剧增加，这主要是由于使用锂离子电池的电子设备中发生了火灾。高度易燃的电解质是引起此类火灾的主要原因，但是由于Zn离子二次电池使用水基电解质，因此没有爆炸的危险。因此，它们被认为是更换锂离子电池最有希望的候选者之一。

然而，作为现有Zn离子电池的核心材料的锌阳极存在固有的问题，因为它们在水基电解质中经受连续腐蚀。不仅如此，当锌离子存储在金属表面上时，它们会以支链(树枝状)的形式积累为晶体，并引发电极之间的短路，从而导致效率急剧下降。已经进行了研究以例如通过锌金属配合物，表面涂层和形状改变的方法来解决该问题，但是在处理成本和时间方面存在主要限制。

由KIST的Lee博士领导的团队开发了一种周期性阳极氧化方法，该方法涉及反复允许和阻止金属电极表面上的电流流动，从而成功地同时控制氧化锌膜的表面涂层形态和形状图案阵列。

使用这种方法，KIST研究小组通过在锌金属表面形成六角形金字塔的功能化形状，抑制了电化学反应期间树枝状晶体的生成。根据周期性阳极氧化方法，覆盖六棱锥的上部的氧化锌较厚，而侧面较薄。厚度的变化促使锌金属在具有相对较薄的氧化锌层的一侧积聚。树枝状晶体是一个问题，因为它们垂直堆积在金属表面上，但是有关的新开发技术促使锌金属膜在电极表面上沿水平方向生长，并且能够有效地抑制树枝状晶体的产生。至于在表面形成的氧化锌膜，阻止了与电解质的直接接触，从而同时防止了腐蚀和副反应。

通过这项研究开发的Zn离子二次电池在1000次循环中仍保持了近100%的容量，即使归因于极端条件(9,000 mA / g，完全充满和放电大约两分钟)下反复充电和放电也是如此其结构和电化学稳定性。

基于这种稳定性，KIST的研究人员制成了柔性纤维形式的Zn离子二次电池。除了可以容易弯曲外，它还可以用于衣服，如果是织物制成的包。

KIST的高级研究员Lee博士说：“这项研究开发的高性能Zn-离子二次电池不会带来与锂离子电池与人体接触相关的任何潜在风险。与此同时，我们希望它作为下一代对人体安全且不会引起任何爆炸或着火危险的二次电池而引起人们的关注，其出色的电化学性能可与现有的商用电池媲美。看起来，基于出色的稳定性，改进的电化学性能和简单的工艺，将有可能使制造工艺在现实生活中具有实用性。”