用有機化合物取代傳統石墨,鋁電池能量密度翻倍成長

發佈日期: 2019 年 10 月 08 日 9:18 | 作者: | 分類: 產業資訊

在過去的鋁電池研究中,大多科學家都把石墨、石墨烯當作陰極,但石墨儲存量不足,石墨烯又是神奇超導材料、價格不斐,對此瑞典科學家決定改用新材料:有機化合物蒽醌(音同恩昆),花得更少、更環保、能量密度還提升 2 倍。

雖然說鋰離子電池是目前最常見的電池之一,但若是有另一種更便宜、材料來源豐富的電池誕生,未嘗不是一件好事,其中鋁是地殼中豐度最大的金屬、石墨也容易取得,鋁、石墨相關產業也相當成熟,這些原因使得鋁電池具有蘊藏豐富、價格低廉優勢。

只不過鋁電池尚未大規模商業化也不是沒有原因,石墨陰極的儲電容量太低,性能沒辦法激起大眾的興趣,而為了加速鋁電池研究進展、提高能量密度,瑞典查爾摩斯工學院與斯洛維尼亞國家化學研究所攜手合作,將不再用石墨製作陰極,用有機物蒽醌取而代之。

蒽醌是種常見於自然界、工業的碳基有機物,可以在蘆薈、何首烏、真菌、昆蟲,又或是人工染料中發現它們的身影,研究員指出,蒽醌陰極能從電解質中儲存正電載流子,因此可大幅提升電池的能量密度,最終將能量密度提高至過去的 2 倍以上。

不過科學家也表示,研究還有許多進步空間,首先要先消除電解質中的氯。先前瑞士聯邦材料科學技術實驗室與蘇黎世聯邦理工學院也有投入鋁電池研究,他們也致力於解決電解質問題,當時團隊指出,鋁電池電解質腐蝕性極強,甚至可腐蝕不銹鋼與金,還在尋找替代材料或是抗腐蝕材料。

查爾摩斯工學院物理教授 Patrik Johansson 表示,目前鋁電池的能量密度是鋰離子電池的二分之一,未來希望能達到相同水準。研究員 Niklas Lindahl 則補充,即使如此,鋁電池生產成本更低、經濟利益優勢也更高。

(Source:查爾摩斯工學院

Johansson 打包票,新設計的鋁電池不管是在材料成本,還是環境負荷,競爭力都比當今採用的電池還要高,原則上,鋁也是比鋰金屬更好的電荷載體,未來或研發有成,就能用在太陽能、風力發電等大型電池儲能系統。

不過雖說鋁電池沒有達到大規模商業化,但已經有廠商進度超前了,先前台灣工研院與美國史丹佛大學合作,成功開發出全球第一個可以穩定充放電的鋁電池,只要 1 分鐘便可完成充電,重複充放電逾萬次也能維持高儲電效率,最重要的是,遇到外力衝擊也不會爆炸燃燒。

今年 8 月三陽也宣布,將轉投資承襲工研院技術的「亞福儲能公司」生產新一代鋁電池,在南科路竹園區設立鋁電池廠,一代廠預計明年 6 月就將開始生產,二代廠都計劃於 2022 年完工投產。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:pixabay

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