香港科技大学研究团队成功研制可充电碱性锌电池，推动电池广泛使用

香港科技大学研究团队成功研制可充电碱性锌电池，推动电池广泛使用

香港科技大学研究团队成功研发出全新电极设计，可将日常生活中常见的不可充电碱性锌电池转变为可充电电池，有助推动充电电池的更广泛使用。

在智慧城市和全球数字化时代，电池的重要性日益凸显，但目前市面上的电池大多为“原电池”，无法充电，一次性使用的原电池不仅增加垃圾填埋场的负担，也对环境构成严重威胁。

相较于其他类型的一次电池，碱性锌电池成本低、安全、能量密度高，常用于手电筒、遥控器等家居用品中。由于其诸多优点，全球各地的研究人员一直在努力探索让碱性锌电池可充电的可能性，但相关研究尚未取得预期成果。

制造可充电的碱性锌电池并不容易，因为锌金属的电化学反应很难逆转。当电池放电时，锌电极中的锌颗粒被一层厚而凹凸不平的绝缘氧化锌层包围，从而失去金属表面和传导电子的能力——这是电极可充电的两个必要因素。

为解决这一问题，机械与航天工程学系、化学系陈庆教授领导的研究团队研发出一种新型纳米多孔锌金属电极设计，可以稳定锌与氧化锌之间的电化学转化过程。当团队在碱性“锌空气纽扣电池”上测试这种新型电极设计时，他们成功地将这种常用于助听器的一次性电池变成了使用寿命超过 80 小时的可充电电池。关键是将锌变成只有几百纳米宽的弯曲细丝，交织成布满无数小孔的独立固体。当电池放电时，一层薄薄的氧化锌会在锌丝上成核，保留金属网络，使锌电极在充电时恢复到其初始结构。

研究团队还在碱性镍锌电池中测试了新的电极设计，将此类电池通常的50至80次充放电循环次数增加了一倍，达到200多次，同时接近锂离子电池的能量密度。

陈教授解释道：“电池用途广泛，单一技术难以满足所有需求。锌电池有其独特优势，但我们需要确保锌电极的微结构能够承受数百甚至数千次充电和放电循环，才能最大限度地发挥其潜力。我们的研究可以做到这一点，通过了解原子如何在液固界面自我组织，然后设计纳米多孔结构来应对各种技术挑战。”

陈教授补充道，尽管数百次的放电和充电循环次数并不多，但碱性锌电池在安全性和生产成本方面具有明显的优势，使其成为高尔夫球车和叉车等工业应用的理想选择。这种电​​池也适用于新兴需求，例如数据中心的备用电源，这些需求对电池的充放电循环次数要求不高，但对电池的安全性有严格的要求。

陈教授团队自2018年研究开始以来一直与产业界伙伴合作，他们将继续与产业界合作，推动这项前景广阔的技术的商业化。

该团队的研究成果近日发表在《自然通讯》杂志上。

团队其他成员包括博士后研究员李良宇博士、前研究助理曾永泽、博士生肖迪文、前博士后研究员朱国印博士，以及香港城市大学支春义教授。