牛肉、貝殼、愛迪生：UCLA 團隊開發跨時代鎳鐵電池，每日充放可用 30 年

發明大王愛迪生在一百多年前，曾經設計了一款「鎳鐵電池」，可以讓電動車行駛 160 公里，是當年電動車的五倍以上，最終因為技術不足而無法實現，現在 UCLA 研究團隊運用最新科技，替愛迪生實現了這個夢想。

這款跨越時空的鎳鐵電池，經過現代科技重現之後，成為了壽命超長的儲能方式，根據該團隊發表的研究，這種電池能夠在數秒鐘就完成充電，充放電循環可達 1 萬 2 千次，假設每天循環一次，可以使用 30 年，關鍵就在電池配方。

時間回到西元 1901 年，當時在路上跑的電動車，其實比燃油車還多，除了車價昂貴，那時候使用的鉛酸電池，只能提供車輛不到 50 公里的續航力，愛迪生（Thomas Edison）著手研究了全新的電池化學配方，提出鎳鐵電池概念，根據他的研究筆記，足以提供電動車 150 公里續航力，輾壓鉛酸電池。

可惜的是，在當時的技術下，這種電池笨重而且充電速度緩慢，後來隨著汽油引擎飛快進步，電池電動車很快就被淘汰，這份研究筆記也隨之塵封。

UCLA 團隊撈出了愛迪生的這個概念後，他們發現問題不在材料，而在於「如何堆疊」。愛迪生的方法簡單粗暴，在正負極分別放上一片鎳跟鐵，浸入氫氧化鉀電解液。UCLA 則透過仿生科學與奈米科技，重新設計了鎳鐵電池，藉此解決原版的缺點。事實上，這份研究的正式名稱就叫做《以蛋白質為模板的鎳鐵次奈米結構儲能》。

牛肉的韌性、貝殼的堅硬

「大自然教導我們該如何沉積礦物質，能夠創造出強壯又有韌性的結構。」團隊成員 Ric Kaner 表示，新電池的仿生靈感來自牛肉，他們利用牛肉的蛋白質結構，引導鎳金屬跟鐵金屬排列成所需的結構。為了控制這些金屬簇的大小，團隊必須將蛋白質結構孔洞限制在 5 奈米以下，在研究中他們甚至還觀測到鐵跟鎳的單原子態。

另一個仿生的對象在此登場：貝殼。以牛肉蛋白質為模板，真正的目標是要仿效貝殼的生長方式，讓鎳鐵金屬長成「外骨骼」的感覺，如此一來這些金屬原子不僅有完整穩固的結構，同時還具備大量的接觸面積，使氧化還原反應更快。在新製造方法之下，他們保留了愛迪生概念中的「電池壽命」優點，新增了「快速充放電」的優點，不過還是留下了一個缺點。

這種鎳鐵電池的能量密度遠不如電動車用鋰離子電池，根據團隊初步測試，其能量密度約為每公斤 47 Wh，大概只有市售鋰離子電池的五分之一，要裝上電動車幾乎不可能。但轉個方向，如果將這種壽命超長的電池用在不會移動的儲能裝置，或是搭配太陽能板，發揮其快速充電、壽命超長的特性，似乎也是一個新方向。

製造技術不斷進步，讓我們有機會重現百年前天才們的創意，會不會某一天真的能夠實現愛迪生最引人爭議的「靈界電話」呢？