据外媒报道，韩国能源研究所（KIER）光州清洁能源研究中心（Gwangju Clean Energy Research Center）的Jung-Je Woo博士，与蔚山国家科学技术研究所（Ulsan National Institute of Science and Technology，UNIST）的Jaephil Cho教授的研究团队合作，共同开发出关键电极制造技术，可以控制水性锌电池中的枝晶形成。相关研究已发表于期刊《Advanced Energy Materials》。
图片来源：期刊《Advanced Energy Materials》
水系锌电池是一种使用水作为电解质的二次电池，与使用挥发性液体电解质的锂离子电池相比，它没有火灾风险，而且对环境友好。此外，由于水系锌电池每个离子使用两个电子，因此理论上可以提供两倍于锂离子电池的容量，而锂离子电池每个离子只使用一个电子。
然而，枝晶现象存在问题，在充电过程中，锌会以细长的形式沉积在阳极表面，导致电池寿命缩短。形成的枝晶会刺穿阳极和阴极之间的隔膜，造成电气短路，严重影响电池性能。特别是，水系锌电池中的枝晶形成比锂离子电池中更活跃，这对该技术的商业化构成了重大障碍。
研究团队成功利用氧化铜促进锌均匀沉积并控制枝晶形成。当用这种方法制成的电极应用于电池时，它们的寿命比传统电池长十倍以上。
过去，抑制枝晶形成的主要方法是添加铜等促进剂来加速锌的初始生长，并引导均匀沉积。然而，这种方法的一个问题是，枝晶的形成会随着电池的反复充电和放电循环而再次发生。
为此，研究团队设计了一种使用氧化铜逐步控制枝晶形成的方法。与普通铜一样，氧化铜促进锌的初始生长并引导其沉积。此外，氧化铜具有优化的导电性，可均匀分布沉积锌，与普通铜相比，可实现更高效的沉积。
均匀分布锌后，氧化铜会自行转变为支架。支架就像栅栏一样，抑制无序的锌沉积和生长。即使在反复充电和放电循环中，也可以持续防止枝晶形成。
与传统的水性锌电池相比，采用该研究团队技术的电池的使用寿命增长10倍以上，增加了商业化潜力。
通过抑制枝晶形成，该电池即使在3,000次充电放电循环后仍能保持80%的容量。研究团队成功控制了锌沉积，实现了世界领先的60 mAh/cm²容量。他们还通过3,000多次电池性能测试证明了其耐用性，并确认该技术可应用于64 cm²的大面积电极。
首席研究员Jung-Je Woo博士表示：“这项研究的意义在于，它提供了一种解决方案，可以利用低成本工艺和氧化铜等材料解决金属电池（如水性锌电池）中枝晶形成的难题。”
他补充道：“我们的目标是通过后续研究，将开发的电极标准化和系统化，为水性电池的商业化做出贡献。”
