挑战锂电池“霸主”地位 香港高校研发水系锌电池

20多年来，锂电池在充电池市场上，堪称一枝独秀，但不能弯曲和不耐高温、容易起火等安全隐忧，一直是锂电池的弱点。据港媒报道，近期，香港城市大学师生研究出一种水系锌电池，以柔软和安全作卖点，有望在穿戴式电子产品等部分用途上，挑战锂电池的地位。


香港城市大学科学及工程学院副教授支春义说，以锌为基础的电池（以下简称“锌电池”）已有百年多历史，是世界上第二种商业化的电池，只比铅酸电池稍迟。不过，以往的锌电池主要是一次使用。此外，以往的锌电池的充放电性能一直不理想，充放电次数太少。直至3年多前，大学内研究的水系锌电池（其电解质含水），只可充放电100次至300次。

支春义和一批博士生在3年多前，开始研究水系锌电池，初期遇到很多困难。两年前，他们弃用强碱性电解质，改用弱酸性电解质，并将其中一个电极改用纳米二氧化锰材料，取得重大突破，将充放电次数大增至1000次以上；而且在充放电1000次后，其储电量仍然可以维持在最初的97%。

几年前，软性锂电池仍未真正商业化生产，他们希望开发软性水系锌电池，以满足市场应用和需要，例如穿戴式电子产品等。由于水系锌电池的电解质原为液态，较难封装和较易泄漏，所以他们加入“水凝胶”，令电解质变成半固态，既可保持柔软和可弯曲的特性，同时较容易封装，万一封装出现破损，电解质也不会泄漏。

此外，由于水系锌电池的电解质含水，所以其本质就不易燃，比锂电池的有机电解质安全。经过改良后，他们研发的水系锌电池在极恶劣的工作环境中，如撞击、切割、火烧、弯折等，也不会爆炸或起火，并能够继续提供稳定的电源，安全程度大大提高。

支春义乐观估计，他们研发的水系锌电池，在穿戴式电子产品、智能服装、医学产品、美容产品、婴儿用品、宠物用品、电子书阅读器等市场潜力具大。应用在计算机电池方面，也有优势，因为它不易燃的特点，理论上，带上飞机应该不会有容量限制。

根据美国地质调查局的数据，目前全球已探明的锂资源储量合计超过5300万吨，锂储量约1447万吨。全球已探明锌资源储量约19亿吨，锌储量约2.3亿吨。因此，锌的价格要比锂更低廉。用来制成电池，以同一储电量作比较，锌电池成本会比锂电池低。

支春义认为，由于电动车对续航力要求高，锂电池能量密度较高，相信仍会在这个市场占优势。但考虑到锂电池的安全性、成本以及锂金属在地球上的储量等因素，他相信，锂电池未来不太可能独霸所有充电池市场。

参与研发工作的博士生李洪飞和唐子杰均认为，锂电池由1996年开始在移动电话市场冒起，至今才不过20余年，在电动车市场的历史更短，所以锂的产量暂时未有问题。但随着部分国家限期要求汽车厂停产燃油车、全面转为生产纯电动车，可能引致锂产量不足和价格上升的问题。锌储量较多和成本较低，锌电池未来的前景值得看好，相信一定可以在充电池市场上占据席位。

在2018年的“挑战杯”全国赛香港区选拔赛（香港大学生创新及创业大赛）中，他们的研究项目获得能源化工组别二等奖。现在，支春义和他带领的10多名博士生正在计划，在今年底或明年初小量试产他们研发的水系锌电池，完全商品化则要到2020年中。