北海道大學等組成的研究團隊開發出了一種廉價且不易燃的新型鋅電池正極材料。與主流的鋰離子電池相比,這種材料有可能存儲更多的能量。開發目標是作爲鉛酸蓄電池的替代品,或用於儲存再生能源產生的電能等用途,計劃在2030年之後實用化。
本次開發的鋅、錳氧化物與石墨烯相結合的電極(供圖:北海道大學)
鋅電池是以金屬鋅爲主要材料的電池,其優點是成本低且不易燃。鋅電池有多種類型,使用鎳正極和鋅負極的鎳鋅電池已有多家公司產品化。由空氣正極和鋅負極組成的鋅空氣電池,以及可使用鋅作爲傳輸離子的鋅離子電池的研究也正在取得進展。此次開發的電極將被用於鋅離子電池。
北海道大學等組成的研究團隊透過用酒精還原金屬離子的方法,合成了鋅和錳的氧化物。該方法產生的顆粒非常小,直徑約爲5奈米(一奈米爲十億分之一米)。這種尺寸不僅可以讓離子在整個材料中易於擴散,還可以更容易地與導電材料石墨烯相混合。
這種新型電極一個離子可對兩個電子做出反應,所以可以提高容量。而傳統電極一個離子只能對一個電子做出反應。
鋅離子電池使用弱酸性水溶液作爲電解液。與使用易燃有機電解液的鋰離子電池不同,鋅離子電池安全更高。電池的工作電壓爲1.8伏,約爲鋰離子電池的一半,但由於電極容量大,因此單位重量的能量密度(即二者的乘積)估計能高出鋰離子電池。
在小型水銀電池的耐久性測試中,這種電池能夠充放電200〜300次。如果電極結構得到改進,將有望超過1000次。北海道大學副教授小林弘明表示,「最近我們開始與企業合作」,目標是在2030年以後實用化。
本次研究由北海道大學與東北大學以及美國加利福尼亞大學洛杉磯分校聯合進行,相關成果已發表在《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)雜誌上。
原文:《日本經濟新聞》、2024/9/10
翻譯:JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊:Advanced Functional Materials
論文:A Nanoparticle ZnMn2O4/Graphene Composite Cathode Doubles the Reversible Capacity in an Aqueous Zn-Ion Battery
DOI:doi.org/10.1002/adfm.202405551