2024年8月20日，北海道大学宣布，该校与东北大学、加州大学的联合研究团队成功实现了下一代蓄电池“水系锌离子电池”的高能量化和高输出化。

研究背景

目前，广泛使用的锂离子电池因其使用稀有金属，资源枯竭可能导致供应链风险。此外，由于使用了易燃的电解液，安全性也受到关注，需要采取安全措施。

作为锂离子电池的替代品，使用各种材料的下一代蓄电池正在被广泛研究。其中，使用锌金属的蓄电池由于可以使用安全性高的水系电解液，并且在资源方面具有优势，被认为具有很大的发展潜力。锌电池包括锌离子电池、镍锌电池和锌空气电池等种类。

研究进展

此次研究采用了弱酸性水系电解液的锌离子电池。研究团队通过“醇还原法”合成了以尖晶石型锌锰复合氧化物（ZnMn₂O₄）为代表的超小纳米粒子。这些合成的单颗粒平均大小为5纳米，并成功将ZnMn₂O₄超小纳米粒子负载到石墨烯的碳材料上，获得了复合材料。

在对该材料的锌离子电池正极特性进行评估时，确认了相当于2电子反应的充放电过程。该材料的能量密度达到了相当于每千克600瓦时（Wh/kg），与锂离子电池使用的正极活性物质的能量密度相当甚至更高。

开发材料基准测试

(a)在高电压下表现出较高的可逆容量和比现有材料更高的能量密度表现出某种程度

(b)在高功率操作条件下显示高能量密度

此次研究中添加了过量的石墨烯，电极重量能量密度达到了约每千克370瓦时（Wh/kg）。如果未来能进一步改善这一点，将有望构建能量密度达到或超过现有锂离子电池且安全性更高的蓄电池。此外，通过改进电极结构，有望实现超过1000次的长寿命循环。由于资源优势，预计还可以降低成本，因此这项研究有望推动下一代大型蓄电池的实用化。

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