5000次充放电后容量仍保持96%……水系锌电池寿命延长[读懂科学]

by Kim Jonghwa

Published 11 Aug.2026 09:30(KST)

光州科学技术院、韩国能源技术研究院与梨花女子大学阐明在锌电极形成保护层的电解质原理

一项可大幅延长“水系锌金属电池”寿命的技术已被开发出来。该电池采用水基电解质，火灾风险较低且价格便宜。其原理是电解质添加剂在锌电极表面形成保护膜，防止导致性能下降的析氢和电极损伤。

光州科学技术院（GIST）11日表示，化学系教授 Kim Sangryun 的研究团队与韩国能源技术研究院、梨花女子大学研究团队联合开展研究，阐明了利用络合氢化物提升水系锌金属电池电极稳定性和长期充放电性能的新型电解质设计原理。

闭式氢化物的结构及电解质特性。添加闭式氢化物后，仍保持与现有电解质相似的特性；闭式阴离子内部存在硼—氢（B-H）和硼—硼（B-B）键。研究团队供图

水系锌金属电池以水基电解质替代具有挥发性和毒性的有机溶剂。由于可采用相对安全且价格低廉的锌作为电极，正受到关注，被视为适用于大规模储能系统的下一代二次电池候选方案。

问题在于，随着反复充放电，水会与锌发生反应，产生氢气、氧化锌（ZnO）等副产物。锌也会在电极表面不均匀沉积，长期使用时将导致电极受损、性能下降。

研究团队在电解质中添加了一种络合氢化物“Zn(B12H12)”。该物质在水中会分离为锌离子（Zn2+）和络合阴离子（[B12H12]2-），对电解质的离子电导率、黏度等原有特性影响不大。

电解质保持不变，仅在锌表面形成“保护膜”

充放电开始后，差异随即显现。络合阴离子在锌电极表面发生反应，形成“富氢化物界面层”。该原理并非改变整个电解质的性质，而是仅在实际发生反应的锌表面形成一种保护层。

该保护层减少了水与锌的直接接触，抑制不必要的析氢和锌氧化，并降低锌在电极表面不均匀生长的现象。研究团队利用X射线光电子能谱和飞行时间二次离子质谱，确认保护层已形成，且在100次充放电后仍得以维持。

研究团队照片。从左起，Kim Sangryun，GIST化学系教授；Oh Heejeong，硕博连读生。GIST供图

性能测试也显示出效果。添加络合氢化物的锌对称电池可稳定运行最长3000小时。在锌-氧化钒电池中，经过5000次充放电后，仍保持初始容量的96.55%，库仑效率达到99.8%。在相同条件下，使用传统电解质的电池仅保留初始容量的46.40%。库仑效率是指充电时储存的电荷中，在放电时能够回收的比例，越接近100%，意味着充放电过程中的损耗越少。

Kim 教授表示：“本研究阐明了水系电解质中基于络合氢化物的界面形成机制，将既有络合氢化物研究拓展至水系电化学领域，并为下一代水系金属电池的电解质设计提出了新的研究方向，意义重大。”