21 October 2020
二零一六年九月十四日
中大研發出不對稱超級電容器及新型液流電池
可再生能源儲存及傳輸技術取得新突破


由香港中文大學(中大)工程學院院長汪正平教授領導的跨院校研究團隊,自2014年起進行為期五年的「智能化太陽能技術︰採集、存儲和應用」研究計劃。中大研究團隊最近成功研發出全球文獻記錄中最高效能的不對稱超級電容器,以及最高容量的液流電池,大大提升儲存及傳輸可再生能源的效能,有助促進可再生能源發電的普及化。相關研究成果分別於《納米能源期刊》(Nano Energy),以及《自然通訊》(Nature Communications)《先進能源材料期刊》(Advanced Energy Materials)刊登。 

人類對能源需求持續增長,化石燃料卻令溫室氣體不斷排放,加劇全球氣候變化。因此,開發可再生能源(如︰太陽能及風能)對未來社會發展十分重要。根據國際可再生能源機構於本年六月發表的報告,全球太陽能的發電量佔全球總發電量將由現時少於2%,到2030年提升至13%,即於未來14年每年平均增長一倍。報告亦顯示,2014年的全球太陽能的發電量較2013年增長近四成,而發電成本預期可在未來十年減少近六成。由此可見,太陽能相關的技術將會愈來愈備受重視,並有龐大的發展潛力。 

雖然全球各國都致力推廣可再生能源發電,但其供應並不穩定,往往當用電量高的時候,因為儲電不足或傳輸效能不佳,未能為用戶提供足夠的電力,大大限制了可再生能源發電的普及性。中大研究團隊所研發的不對稱超級電容器及新型液流電池,能提升能源儲存的效能,有助突破現存技術的限制。 

全球文獻記錄中最高效能的不對稱超級電容器

傳統的蓄電池能源密度高,功率密度低;因此,其儲電量雖然高,但充電時間較長。而電容器則功率密度高,能源密度低;因此,其充電時間較短,但儲電量亦少。兩種儲存能源的容器,各有其缺點,以致其效能未能達至最佳水平。

汪教授與中大電子工程學系助理教授趙鈮教授率領學生及博士後研究生,研發出納米結構金屬氧化物—碳複合材料,並以此物料開發出不對稱超級電容器,其能源密度及功率密度分別高達98.0 W h kg-1及22,826 W kg-1,成為全球文獻記錄中最高效能的不對稱超級電容器。 

汪正平教授形容︰「可再生能源時有時無,如太陽能、風能,在黑夜或沒風的日子,便無法轉化出電能,因此需要具效能的電容器,於日間和有風的時候有效地儲蓄這些可再生能源,才可穩定地提供電能。不對稱超級電容器結合了蓄電池及電容器的優點,加強儲電量及電力傳輸的速度,有助解決可再生能源供電不穩定的問題。」 

全球文獻記錄中最高容積量的陰極液流電池

另外,中大機械與自動化工程學系助理教授盧怡君教授的團隊繼去年成功開發高達294 Ah L -1容積量的陰極液流電池後,今年再創突破,成功結合液相碘化鋰和固相硫流陰極,將陰極液流電池的容積量提升至550 Ah L-1,成為全球文獻記錄中最高容積量的陰極液流電池之一。盧教授已為技術取得專利權,並計劃將技術應用於電動車上。 

汪教授表示︰「隨著電動車愈來愈普及化,這項技術有強大的發展潛力。事實上,這項研究成果獲得業界的肯定和支持,現時已有公司接觸洽商合作。同時,這亦意味著可再生能源的普及化將會邁進一步,讓我們的空氣更加清新。」 

此外,研究團隊亦正於中大和聲書院內的一棟學生宿舍作實地試驗。團隊已於宿舍天台安裝太陽能板、智能儲電系統以及微電網等。由中大訊息工程系研究教授邱達民教授領導的團隊亦現正收集數據作分析,協助書院了解其用電情況,以推出基於資料而訂制的不同節能政策,並供智慧城市作參考之用。

「智能化太陽能技術︰採集、存儲和應用」研究計劃簡介

研究團隊自2014年起獲香港政府研究資助局主題研究計劃資助6,033萬港元,另由中大及其他合作院校分別提供1,380萬港元及300萬港元,展開為期五年的研究計劃。是項研究由30多位來自中大與香港理工大學、香港科技大學及香港大學學者及專家共同合作,提升太陽能發電的效能,讓有關技術更加普及。 

研究項目網頁:https://sse.erg.cuhk.edu.hk/sse/

(由左起) 中大電子工程學系助理教授趙鈮教授、工程學院院長汪正平教授,以及機械與自動化工程學系助理教授盧怡君教授。

由盧怡君教授團隊開發的高容積量陰極液流電池。

汪正平教授研發的不對稱超級電容器 (右上),為發光二極管(下)提供穩定的電源。