鋰離子電池勁敵現身?更便宜的鋅空電池可充電了

作者 | 發布日期 2017 年 08 月 22 日 9:00 | 分類 材料、設備 , 汽車科技 , 能源科技 follow us in feedly

鋅空氣電池成本昂貴且難以充電,過去一直無法大量應用於手機、筆記型電腦等消費性電子產品上,但最近,來自澳洲雪梨大學和新加坡南洋理工大學的研究人員聲稱,他們已經找到了新的突破方法,可以使用更低成本的電催化劑來幫助鋅空氣電池達到可充電目標。若能使用該方法量產電池,將有機會和鋰離子電池一較高下。



鋅是一種非常便宜和藏量豐富的金屬,號稱會呼吸的鋅空氣電池其陽極(負極)採用鋅合金,陰極(正極)材料則來自空氣中的大量氧氣,由於毒性低對環境的影響危害小,且重量輕巧、安全性穩定、可以儲存比鋰離子電池還要多 5 倍的能量,若發展起來,會是電池界裡炙手可熱的明日之星。

鋅空氣電池最早於 19 世紀初期被發現,到了 1997 年,斯洛維尼亞籍發明家 Miro Zoric 開發出首款可重複充電的鋅空氣電池並應用於中小型公車。但目前鋅空氣電池只常見使用於少數電子設備,如:助聽器、電子手錶、鐵路訊號裝置等,這是因為鋅空氣電池受限於再充電成本高昂,且易與氧自發反應產生自我放電的缺點。

維基記載,鋅空電池保存的關鍵在於封條,除非電池立刻使用,否則不能取下電池陰極的封條。根據模擬試驗表明,鋅空氣電池在室溫條件下,存放 1 年後電量下降到 95%,存放 2 年後電量下降到 90%,存放 4 年後電量仍有 85%,但只要撕下封條,電池就會觸發並開始工作,在室溫環境下且不接負載時,根據不同的電池大小規格,3~12 週後電池電量就會下降 50%,超過 20 週電量下降到 0~10%。

而目前市面上宣稱可以充電的鋅空氣電池,其在充放電過程中需使用昂貴的金屬催化劑如「鉑」、「氧化銥」來促進氧的還原和產生。為了克服這個問題,研究人員現在已經找出新技術來製造雙功能氧電催化劑(bifunctional oxygen electrocatalyst),該研究發表在國際學術雜誌《先進材料》(Advanced Materials)上。

這項新技術是掌握鐵、鈷,鎳金屬氧化物的組成、尺寸和結晶度來產生電催化劑。研究主要作者、澳洲雪梨大學 Yuan Chen 教授說,用新催化劑開發出來的鋅空氣電池具有優異的可充電性能,研究人員發現在 120 次小時內進行了 60 次循環放電/充電後,電池功率僅損失不到 10%。

鋅空氣電池的原料成本遠比鋰離子電池還要低,若科學家真的克服了充放電難關,則可充電的鋅空氣電池未來市場潛力無窮,或許可成為兼顧環保的能源科技產業,並為電動車動力來源貢獻一己之力。

(首圖來源:雪梨大學)