韓國研究人員開發了一種新型電解質添加劑，顯著提高了水系電池的壽命和容量，這項技術被廣泛視為鋰離子電池的安全且低成本替代方案。該研究團隊由成均館大學的樸豪石教授領導，發現向電解質中添加少量特別設計的兩性材料，有助於克服長期以來限制水系電池系統商業化的關鍵問題。與鋰離子電池不同，水系電池使用基於水的電解質，使其更不易燃燒、環保，且潛在生產成本更低。然而，其性能受到鋅沉積不穩定以及充放電過程中鋅電極與水之間發生不良反應的影響，這些問題會導致腐蝕、不均勻金屬積聚和快速容量損失，從而降低電池壽命並限制大規模應用。
為瞭解決這一問題，研究人員開發了一種名為 C10 的兩性添加劑。兩性離子分子內含有正負電荷，能夠以獨特方式與周圍的離子互動。當 C10 添加到電解質中時，其分子會自發組裝成直徑約 3.77 納米的納米結構。這些結構同時具備兩個功能：首先，它們能夠引導鋅離子更均勻地沉積在電極表面，減少不規則鋅結構的形成，從而避免對電池造成損害；其次，它們在鋅金屬表面形成一層薄薄的保護層，防止鋅與水直接接觸，限制導致腐蝕的副反應。
這種綜合效果顯著提高了電池性能。
新型電解質添加劑顯著提升水系電池性能
使用改良電解質的水系電池在運行中保持穩定超過 2,800 小時，且電池的面積容量達到 8.10 mAh cm⁻²，研究人員表示這一性能在目前報告的水系電池系統中屬於世界領先水平。「我們已經證明，通過簡單的方法向電解質中添加少量材料，可以顯著提升水系電池的性能，而無需使用昂貴材料或複雜的製造過程。」
提高循環壽命和儲存容量一直是水系電池開發者面臨的挑戰。許多以往的方法往往只能改善一項指標，而以犧牲另一項為代價。新的電解質策略似乎同時解決了這兩個問題，而不需要昂貴的製造變更。研究人員相信，這項技術在大規模能源儲存應用中將會非常有用，而在這些應用中，安全性、成本和耐用性是關鍵因素。「除了可再生能源儲存外，這項技術在人工智能基礎設施和數據中心的大規模能源儲存系統（ESS）中也具有潛在應用，這些系統正在經歷爆炸式增長。」
隨著可再生發電的擴張和人工智能計算基礎設施的快速增長，對能源儲存的需求預計將上升，這兩者均需要可靠的電力儲存和分配方法。由於新的方法依賴於簡單的電解質改良，而不是重新設計電池架構，這可能為提高水系電池系統的商業可行性提供了一條實用的途徑。該研究結果已發表在《Nano-Micro Letters》期刊上。
項目 規格 面積容量 8.10 mAh cm⁻² 運行時間 超過 2,800 小時
