中大工程学院最新电池研究突破 有机材料钾空气电池安全高效长寿 揭储存再生能源新一页

14.03.2019  18:01


利用碱金属为负极及氧气为正极的金属空气电池,一直受金属本质的危险性及低生命周期而窒碍了发展。最近,香港中文大学(中大)机械与自动化工程学系 卢怡君教授 领导的研究团队,突破材料限制,以有机材料钾联苯(Potassium Biphenyl)配合物,取代金属为负极,研发出安全、高效和长寿的空气电池,为可再生能源如太阳能及风能的储存系统,提供了安全有效的技术基础。这项研究成果近日刊登于著名科学期刊《自然材料科学》( Nature Materials )中,该期刊是国际顶级期刊《自然》( Nature )的子刊,在跨学科科学界甚具影响力。 

近年不少科学家致力研发容量大、长寿、以及安全的电池,以取代现时常用的锂离子电池。由金属如锂、钠、钾等跟氧气组成的空气电池,拥有高能量密度和成本低等优势,是支持大规模储存能源、储存太阳能,以至驱动电动车发展的关键;然而业界一直未能解决生命周期短、空气电极不稳定以及金属易燃的缺点,令二次金属空气电池的研究停滞不前。 

在过去四年多,卢教授的团队深入研究金属空气电池的不稳定原因,最终以有机材料取代金属为负极,研发出钾联苯复合氧(Potassium Biphenyl Complex–Oxygen)电池。电池具有前所未有的生命周期,高达3,000次循环,在4.0 mA cm -2 的高电流密度下,平均库仑效率超过99.84%,表现优秀;当有机负极遇上水或常用的化学溶剂二甲基亚碸(Dimethyl Sulfoxide, DMSO)时,不会著火,解决了碱金属空气电池的易燃弊病,大大提升电池的安全度。

化石燃料令温室气体不断排放,加剧全球气候变化,发展供应稳定的可再生能源对未来社会发展至关重要。钾联苯复合氧电池可以应用于大规模的储电系统、中小型的充电站,更可以应用于可再生能源之收集,包括太阳能及风能。卢怡君教授表示:「钾联苯复合氧电池是解决可再生能源供应不稳定的一个重要方法,能增加储存环保能源的弹性,带动环保能源的普及使用,长远代替化石燃料,推动可持续发展。而钾联苯复合氧电池的材料成本远低于碱金属以及锂离子电池里的过渡金属,例如:钴,整体降低了储电系统的用料支出。我们希望将此研发技术推广应用至其他的碱金属空气电池上,进一步改善其电池电压和能量密度。」

关于卢怡君教授
卢教授2007年于台湾国立清华大学取得材料工程学系本科学位,并于2012年在美国麻省理工学院材料科学及工程学系取得博士学位。自2013年起,受聘于美国麻省理工学院为附属研究员。卢教授现为中大机械与自动化工程学系助理教授。卢教授是香港青年科学院的创会成员,曾获得多个中大及国际研究及教学奖项,包括中大博文教学奖(2016)、校长模范教学奖及院长模范教学奖(2014)、香港研究资助局杰出青年学者(2014)、美国麻省理工学院Martin Family Society of Fellows for Sustainability (2009) 及台湾国家科学委员会杰出研究创新奖(2007)。