北海道大学等组成的研究团队开发出了一种廉价且不易燃的新型锌电池正极材料。与主流的锂离子电池相比，这种材料有可能存储更多的能量。开发目标是作为铅酸蓄电池的替代品，或用于储存可再生能源产生的电能等用途，计划在2030年之后实用化。
本次开发的锌、锰氧化物与石墨烯相结合的电极（供图：北海道大学）
锌电池是以金属锌为主要材料的电池，其优点是成本低且不易燃。锌电池有多种类型，使用镍正极和锌负极的镍锌电池已有多家公司产品化。由空气正极和锌负极组成的锌空气电池，以及可使用锌作为传输离子的锌离子电池的研究也正在取得进展。此次开发的电极将被用于锌离子电池。
北海道大学等组成的研究团队通过用酒精还原金属离子的方法，合成了锌和锰的氧化物。该方法产生的颗粒非常小，直径约为5纳米（一纳米为十亿分之一米）。这种尺寸不仅可以让离子在整个材料中易于扩散，还可以更容易地与导电材料石墨烯相混合。
这种新型电极一个离子可对两个电子做出反应，所以可以提高容量。而传统电极一个离子只能对一个电子做出反应。
锌离子电池使用弱酸性水溶液作为电解液。与使用易燃有机电解液的锂离子电池不同，锌离子电池安全性更高。电池的工作电压为1.8伏，约为锂离子电池的一半，但由于电极容量大，因此单位重量的能量密度（即二者的乘积）估计能高出锂离子电池。
在小型纽扣电池的耐久性测试中，这种电池能够充放电200〜300次。如果电极结构得到改进，将有望超过1000次。北海道大学副教授小林弘明表示，“最近我们开始与企业合作”，目标是在2030年以后实用化。
本次研究由北海道大学与东北大学以及美国加利福尼亚大学洛杉矶分校联合进行，相关成果已发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）杂志上。
原文：《日本经济新闻》、2024/9/10
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Advanced Functional Materials
论文：A Nanoparticle ZnMn2O4/Graphene Composite Cathode Doubles the Reversible Capacity in an Aqueous Zn-Ion Battery
DOI：doi.org/10.1002/adfm.202405551
