提升下一代海水电池性能的竟是“一件黑衣”

Published 20 Mar.2023 12:18(KST)

Updated 07 Aug.2025 19:40(KST)

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UNIST Lee Dongwook教授团队在钛上实现TiC涂层

被视为下一代能源的海水电池，为什么给自己选了一身“黑衣服”？

UNIST 能源化学工程系的 Lee Dongwook 教授在海水电池中，将用作集流体的钛（Ti）表面披上一层名为碳化钛（TiC）的“黑色西装”，开发出了大幅提升海水电池性能的技术。

尤其是在这一过程中，研究团队发现碳集流体的腐蚀现象（corrosion）得到抑制，并对其进行了系统分析，有望为今后新型海水电池金属集流体研究的设计提供帮助。

所谓集流体，是指作为电子传导通路的材料。其中，海水电池的正极集流体由碳集流体和钛金属集流体构成。钛金属集流体在与海水作用时具有较高稳定性，因此被广泛使用。

但在海水电池及其他电池中时常出现的碳集流体腐蚀现象，被认为是削弱电池循环稳定性的主要原因。因此，为了获得高稳定性，抑制碳集流体的腐蚀至关重要。

使用传统钛（普通 Ti）与采用 TiC 涂层钛（Black Ti）时，电池中电子迁移的对比。

研究团队构思出一种方法，通过防止这类集流体腐蚀来提高海水电池的效率。研究团队开发的、涂覆了 TiC 的钛（Black Ti），在海水环境中表现出化学、电化学以及机械方面的稳定性。

将这一新型集流体应用于海水电池时，coin 型电池的循环性能相比现有产品提升了 4 倍，输出性能提高了 30%，电压间隙则降低到原来的 20% 水平。

此外，研究团队还成功将其应用于大容量的 prismatic 型电池，结果显示输出性能提高 15%，而电阻和电压间隙则分别降低 25% 和 20%。研究团队由此在定量和定性层面确认，性能提升的原因在于抑制了碳集流体的腐蚀。

第一作者研究员 Jo Yunjong 表示：“海水电池是利用海水作为正极活性物质的下一代电池系统。本次研究采用简单方式制备的集流体，不仅可用于海水电池，还有望推动燃料电池、液流电池、金属空气电池等的商业化进程。”

本研究在韩国研究财团（NRF）、韩国能源技术评价院（KETEP）以及 UNIST 的支持下开展，研究成果已于 2 月 20 日发表在材料科学领域学术期刊《Advanced Functional Materials》在线版上。

本报道由人工智能(AI)翻译技术生成。