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二零一九年三月十四日

中大工程學院最新電池研究突破
有機材料鉀空氣電池安全高效長壽 揭儲存再生能源新一頁



利用鹼金屬為負極及氧氣為正極的金屬空氣電池,一直受金屬本質的危險性及低生命周期而窒礙了發展。最近,香港中文大學(中大)機械與自動化工程學系盧怡君教授領導的研究團隊,突破材料限制,以有機材料鉀聯苯(Potassium Biphenyl)配合物,取代金屬為負極,研發出安全、高效和長壽的空氣電池,為可再生能源如太陽能及風能的儲存系統,提供了安全有效的技術基礎。這項研究成果近日刊登於著名科學期刊《自然材料科學》(Nature Materials)中,該期刊是國際頂級期刊《自然》(Nature)的子刊,在跨學科科學界甚具影響力。 

近年不少科學家致力研發容量大、長壽、以及安全的電池,以取代現時常用的鋰離子電池。由金屬如鋰、鈉、鉀等跟氧氣組成的空氣電池,擁有高能量密度和成本低等優勢,是支持大規模儲存能源、儲存太陽能,以至驅動電動車發展的關鍵;然而業界一直未能解決生命周期短、空氣電極不穩定以及金屬易燃的缺點,令二次金屬空氣電池的研究停滯不前。 

在過去四年多,盧教授的團隊深入研究金屬空氣電池的不穩定原因,最終以有機材料取代金屬為負極,研發出鉀聯苯複合氧(Potassium Biphenyl Complex–Oxygen)電池。電池具有前所未有的生命周期,高達3,000次循環,在4.0 mA cm-2的高電流密度下,平均庫侖效率超過99.84%,表現優秀;當有機負極遇上水或常用的化學溶劑二甲基亞碸(Dimethyl Sulfoxide, DMSO)時,不會著火,解決了鹼金屬空氣電池的易燃弊病,大大提升電池的安全度。

化石燃料令溫室氣體不斷排放,加劇全球氣候變化,發展供應穩定的可再生能源對未來社會發展至關重要。鉀聯苯複合氧電池可以應用於大規模的儲電系統、中小型的充電站,更可以應用於可再生能源之收集,包括太陽能及風能。盧怡君教授表示:「鉀聯苯複合氧電池是解決可再生能源供應不穩定的一個重要方法,能增加儲存環保能源的彈性,帶動環保能源的普及使用,長遠代替化石燃料,推動可持續發展。而鉀聯苯複合氧電池的材料成本遠低於鹼金屬以及鋰離子電池裡的過渡金屬,例如:鈷,整體降低了儲電系統的用料支出。我們希望將此研發技術推廣應用至其他的鹼金屬空氣電池上,進一步改善其電池電壓和能量密度。」

關於盧怡君教授
盧教授2007年於台灣國立清華大學取得材料工程學系本科學位,並於2012年在美國麻省理工學院材料科學及工程學系取得博士學位。自2013年起,受聘於美國麻省理工學院為附屬研究員。盧教授現為中大機械與自動化工程學系助理教授。盧教授是香港青年科學院的創會成員,曾獲得多個中大及國際研究及教學獎項,包括中大博文教學獎(2016)、校長模範教學獎及院長模範教學獎(2014)、香港研究資助局傑出青年學者(2014)、美國麻省理工學院Martin Family Society of Fellows for Sustainability (2009) 及台灣國家科學委員會傑出研究創新獎(2007)。

中大機械與自動化工程學系盧怡君教授
中大機械與自動化工程學系盧怡君教授

有機材料鉀空氣電池示範
有機材料鉀空氣電池示範

中大機械與自動化工程學系盧怡君教授(中)及研究團隊
中大機械與自動化工程學系盧怡君教授(中)及研究團隊