科大研发纳米多孔锌电极 即弃碱性锌电池也可充电

香港科技大学（科大）的研究团队成功研制了一款新的电极设计，令日常生活中常见的非充电碱性锌电池变成可充电，有助推动更广泛使用充电池。

在智慧城市与全球数码化的时代，电池的重要性与日俱增。然而，市面上大部分电池都是「一次电池」，不能充电。用完即弃的一次电池不但加重堆填区的负担，更对环境构成严重威胁。

与其他种类的一次电池相比，碱性锌电池生产成本低、安全，而且能量密度高，常用于手电筒和遥控器等家居用品。由于优点众多，全球各地的研究人员一直努力探索令碱性锌电池变为可充电的可能性，但相关的研究尚未令电池达至理想的效果。

要把碱性锌电池变成可充电并非易事，原因是锌金属的电化学反应难以逆转。当电池放电时，锌电极内的锌颗粒被一层厚而不均匀的绝缘锌氧化物包围，因而失去了金属表面和传导电子的特性──两项令电极能再次充电的必要因素。

为解决这个问题，由机械及航空航天工程学系及化学系陈擎教授率领的研究团队，研发了纳米多孔锌金属电极的新设计，能稳定锌和锌氧化物之间的电化学转变过程。团队把新电极设计用于碱性「锌空气钮扣电池」测试时，成功把这类常用于助听器的一次电池变成寿命逾80小时的可充电电池。关键是把锌变成仅阔数百纳米的弯曲细丝，交织成满布无数小孔的独立固体。电池放电时，一层薄薄的锌氧化物在锌丝上成核，保存了金属网络，让锌电极可在充电时回到初始结构。

团队也在碱性「镍锌电池」测试了新电极设计，在接近锂离子充电池能量密度的条件下，将这类充电池的一般50至80次充放电周期，倍增至超过200次。

陈教授解释说：「电池的用途五花百门，难以由单一技术满足所有需要。锌电池有其独特优势，但我们需要在发挥其最大潜能时，确保锌电极的微结构能耐受数百次、以至数千次的充放电周期。我们的研究能做到这一点，是通过理解原子如何在液体固体界面中自行组织，再由此设计纳米多孔结构，解决各种科技上的挑战。」

陈教授补充指，虽然数百次放电和充电周期不算很多，但碱性锌电池在安全度和生产成本这两方面有明显优势，是高尔夫球车、叉式铲车等工业应用的理想选择。这种电池也适用于新兴的需求，例如是数据中心的后备电，这类的应用对于电池充放电的周期次数没有很高的要求，但对电池的安全性却有严格的要求。

陈教授的团队早于2018年展开研究时便与业界伙伴合作，他们将继续与业界携手推动这项潜力优厚的科技迈向商业化。

团队的研究成果最近于《自然－通讯》发表。

团队的其他成员包括博士后研究员李良昱博士、前研究助理曾雍泽、博士生肖狄文、前博士后研究员朱国银博士，以及香港城市大学的支春义教授。