化学系Kim Sangryun教授团队与梨花女子大学研究团队联合
以“复合氢化物”添加剂在电极表面形成氢化物基保护层
光州科学技术院（GIST）11日表示，化学系Kim Sangryun教授团队与韩国能源技术研究院、梨花女子大学研究团队共同研究，利用复合氢化物（Complex hydride），阐明了可抑制“水系锌金属电池”电极损伤并延长其寿命的新型电解液设计原理。
该研究提出了一种新型电解液设计策略，可同时提升以往难以兼顾的“电极稳定性”和“长期充放电性能”。
随着大规模储能系统的重要性日益提升，兼具安全性和经济性的“水系锌金属电池”正受到关注，被视为下一代二次电池。“水系锌金属电池”以水基电解液替代具有挥发性和毒性的有机溶剂（Organic Solvent），从而提升安全性；同时采用价格低廉、储能容量较大的锌作为电极，具有显著优势。然而，随着反复充放电，水会与锌发生反应并产生氢气，同时生成氧化锌（ZnO）等副产物。此外，锌在电极表面沉积不均，也会导致电极逐渐受损，因此难以实现长期稳定使用。
为解决这一问题，研究团队在水系锌金属电池的电解液中添加复合氢化物，并分析了充放电过程中锌金属表面及电解液发生的变化。本研究所采用的复合氢化物（Zn(B12H12)）溶于水后，会分解为锌离子和簇阴离子。该簇阴离子与水或周边离子的相互作用较弱，几乎不会改变原有电解液的结构、离子电导率和黏度等关键特性。簇阴离子是指多个分子或离子结合于中心原子上的结构，属于带负电荷的多原子离子结构。
另一方面，充放电开始后，簇阴离子会在锌电极表面发生反应，形成“富氢化物保护层（界面层）”（hydride-rich interphase）。
这意味着在维持电解液本身特性不变的同时，仅在发生充放电反应的锌表面形成保护层（界面层）。该保护层可减少水与锌的直接反应，抑制会导致电极损伤的析氢反应*及锌氧化，并促使锌更均匀地沉积在电极表面。
研究团队利用X射线光电子能谱法和飞行时间二次离子质谱法，确认了这种“富氢化物界面层”的形成及分布。对物质化学键合状态进行分析的X射线光电子能谱结果显示，源自复合氢化物的硼—氢键自首次充放电过程起便在锌表面被检测到，且在经历100次充放电后仍然存在。这表明源自复合氢化物的“富氢化物界面层”已稳定形成。飞行时间二次离子质谱法对表面成分分布的分析则发现，源自氢化物的成分集中分布于锌表面，进一步佐证了“富氢化物界面层”的形成。
Kim Sangryun教授表示：“本研究阐明了水系电解液中基于复合氢化物的界面形成机制，将既有复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液设计提出了新的研究方向，因此具有重要意义。”
本研究由GIST化学系Kim Sangryun教授兼任能源融合研究生院教授指导，硕博连读生Oh Heejeong担任第一作者。研究获得科学技术事业化振兴院“下一代潜力Seed技术实用化快速通道”、教育部及光州广域市“区域创新中心大学支持体系（RISE）项目”、产业通商资源部及韩国产业技术振兴院“产业技术创新项目”、科学技术信息通信部及韩国研究基金会“优秀研究—新进研究（B类）”等支持。研究成果已于2026年7月26日在线发表于材料科学与化学领域国际学术期刊Chemical Engineering Journal。
版权所有 © 阿视亚经济。未经许可不得转载，禁止用于AI训练及使用。
