国立先进产业技术研究所[董事长中钵良二]（以下简称“AIST”）能源与化学材料开放创新实验室[研究实验室主任徐强]（以下简称“ChEM-OIL”）研究员陈奇耀，首席研究员久保田圭吾等人国立大学法人京都大学[校长山木轮一]与副教授松本和彦我们与京都大学能源化学研究生院（以下简称“京都大学”）的研究人员合作，开发了一种用于锌空气二次电池的电解液，可抑制充放电引起的劣化。
通过使用氯化锌浓度最高的熔融氯化锌水合物作为液体电解质，抑制了挥发性和二氧化碳吸收。预计这将为实现高容量、长寿命的锌空气二次电池做出贡献。
该技术的详细信息请参考先进能源材料2019 年 4 月 16 日。
最近，锌空气电池作为轻量、大容量的下一代蓄电池而受到人们的关注。特别是，它有望用于移动设备和无人机，它们利用了锌的经济性和安全性以及空气电池的轻便性。然而，由于传统锌空气电池中的电解液是水溶液，水会蒸发并使电解液变质。而且，由于其呈碱性，与空气中的二氧化碳反应会生成氧化锌，降低电极的性能。此外，负极有枝晶，在充电时会引起问题。树突之类的问题发生。
AIST一直致力于电池新材料的研究和开发，作为下一代蓄电池开发的一部分。这次，我们与对各种电池中的电解质有丰富知识的京都大学合作，为了测量电解质的物理性质，开发了锌空气电池中用作二次电池的材料，锌空气电池由于其安全性和高容量而被用作助听器的一次电池。
这次，我们使用熔融氯化锌水合物，它是一种高浓度的氯化锌水溶液，作为电解质。它是酸性的，因此不与二氧化碳发生反应。此外，氯化锌的浓度增加到在室温下保持液态的极限，从而抑制挥发性，同时抑制枝晶形成。通过使用这种电解质，我们能够制造出长寿命的锌空气二次电池。
图1显示了氯化锌水溶液中分子配位的浓度依赖性。在水合物熔盐（图中粉红色）中，所有水分子与锌离子配位，从而抑制挥发性和水解性。通常情况下，金属锌与水接触后会与水发生反应，形成氧化锌或氢氧化锌薄膜，从而增加电池过电压，但在这种电解液中，所有水分子都与锌离子配位，因此与金属锌的反应性受到抑制，难以形成薄膜。工作电压可以改进。
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| 图1 锌离子中水分子配位的浓度依赖性 |
使用碱性水溶液作为电解质的锌空气二次电池，前几次放电效率为100%，但随后效率迅速下降（图2，蓝色）。第五次充放电时，容量还不到第一次的20%。另一方面，对于图2中红色所示的使用熔融氯化锌水合物的电池，从第一次到第10次充电/放电效率几乎没有变化，并且电压没有下降。据认为，锌空气二次电池的寿命得到延长，因为可以通过抑制与二氧化碳的反应以及抑制挥发性和枝晶形成来防止电极劣化。
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| 图2 使用氯化锌水合物碱性水溶液和熔盐的锌空气二次电池的充放电效率 |
未来，我们的目标是通过开发新型空气电极催化剂，开发能量密度更高、寿命更长的锌空气二次电池。
国立产业技术综合研究所
AIST/京都大学能源和化学材料开放创新实验室
实验室主任徐强qxu*aistgojp（发送前请将*改为@。）
AIST/京都大学能源和化学材料开放创新实验室
首席研究员 Keigo Kubota keigo-kubota*aistgojp（发送前请将 * 更改为 @。）