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科技新知﹕「質子電池」環保安全 挑戰鋰電 擺脫原料限制價格升勢 問鼎龍頭
【明報專訊】目前鋰離子電池可謂佔據了全球電子產品和電動車電池的半壁江山,它雖然生產方便,亦非常普及,但既要用到珍貴天然資源、價格易受影響,亦有安全和環保隱患。澳洲有大學研究人員最近生產出全球首個可有效運作的質子充電池,期望這款電池靠三大優勢,在10年內取代鋰電池的充電池龍頭地位。
鋰電池花了20年逐漸成為今天充電池主流,分析預計這市場將以每年10.6%的增長率,到2024年時市場總值會達到560億美元(約4370億港元)。不過,鋰電池採用大量稀有金屬,包括鋰、鈷、鎳和錳等,隨着全球這些金屬存量日漸減少,再加上電動車等需要大量充電池的產品漸受歡迎,充電池業界不得不思考未來可持續發展的方向。
碳原子產電 不易起火
澳洲皇家墨爾本理工學院(RMIT)的團隊日前宣布,他們成功製造出全球首枚可有效運作的質子充電池(proton battery)。團隊領導人安德魯斯(John Andrews)表示,傳統鋰離子電池靠一些稀有而且昂貴的材料製作,這些原料的供應有限,價格可能會一步步提升,因此他們計劃製作不需要特定天然原料的質子充電池。RMIT幾年前也製成一款質子電池,利用合金作為電極,但轉化率和充電率甚低,合金內也含有稀有金屬,因此既重且成本高昂。
RMIT今次發明的質子電池,以碳作為電極材料。充電時,在電源的幫助下水分被分解,產生氫質子。這些質子會在電流提供的電子協助下,變成氫原子與儲電材料結合。到放電時,氫原子被釋放,電子流走後變回質子,並與氧和外部電子結合,再形成水。
安德魯斯指出,質子充電池有三大優點﹕
1)它不需要金屬製造,其碳原子物料在地球屬最常見物質之一,因此可以簡單便宜地生產,也可紓緩現今能源儲存技術對稀有金屬的需求。
2)碳原子在產生電力時,不會污染環境,也不會像鋰電池般容易起火。
3)質子電池的儲電性能甚佳。
實驗結果顯示,5.5平方厘米活性內表面積即可儲存與一般市售鋰電池相當的能量,這還是未改良的原型。安德魯斯表示,未來的研究將集中在通過如石墨烯等原子級薄層碳基材料,進一步提高電池性能及能量密度。他們相信經過改良,質子電池的儲電能力更勝鋰電池,並可於5至10年內推出,逐漸取代鋰電池的地位。有關研究報告在《氫能源國際期刊》刊登。
5至10年內推出 電動車適用
外界預計,隨着太陽能和其他潔淨可再生能源技術改善,電力儲存將成為窒礙發展的樽頸。RMIT的研究對潔淨能源業是好消息,因為這類質子電池經改良後,可望調升至中級工業用途,包括為電網儲電或用作電動車電源。
(綜合報道)