快訊

去年投資詐騙創高 虛擬貨幣成詐團新歡 設專法管理刻不容緩

清大與英國利物浦大學聯手 發現鈣空氣電池充電機制

盧奕廷在清華大學重建英國的實驗設備,完成鈣空氣電池實驗。圖/清大提供
盧奕廷在清華大學重建英國的實驗設備,完成鈣空氣電池實驗。圖/清大提供

金屬空氣電池有著能量密度高、環境友善、低成本優勢,成為最具潛力的電動車供電來源之一。清華大學與英國利物浦大學合作研究,突破過去鈣空氣電池無法重複充放電的限制,發現一種新型的鈣空氣電池充電機制,因鈣在地表的蘊藏量極高,空氣中的氧也可無限取得,這項研究成果將為開創永續電池科技邁出一大步。

該項研究已登上最新一期國際頂尖期刊「化學科學」(Chemical Science)。第一作者為清大與利物浦雙聯博士生盧奕廷,由利物浦大學化學系教授哈威克(Laurence Hardwick)與清大化工系講座教授胡啟章共同指導,另一位利物浦博後研究員尼爾(Alex Neale)也參與研究。

胡啟章認為,這項新型態的電荷儲存機制不僅可應用在鈣空氣電池,也將為其他的金屬空氣電池研發指出新的路徑,期待能早日看到鈣空氣電池的實際應用與量產。

胡啟章指出,目前普遍使用可重複充放電的鋰離子電池因載電量有限,且高電壓鋰離子電池有易爆炸的危險,許多科學家因此把研究的焦點轉向了鋅、鋰、鈉、鉀及難度更高的鈣、鎂、鋁等金屬空氣電池,作為未來電動車及風電、太陽能發電的儲能工具。

其中鈣空氣電池具有體積小、能量密度高的優點,可提供電能是傳統鋰離子電池的5倍,但因它只能一次性放電,無法再次充電,研究陷入瓶頸。

盧奕廷說明,金屬空氣電池是以活性較高的固態金屬為負極,與空氣接觸的多孔碳材為正極的電化學電池。當負極的金屬被氧化,正極的氧氣被還原,即產生電流。

盧奕廷在清大完成第一年的博士學業後,2018年9月進入利物浦大學的史蒂芬生再生能源中心,在教授哈威克的指導下,接手之前未能完成的鈣空氣電池電解液研究。他發現,對單一電極進行充放電循環時,前二、三次的確無法充放任何電能;但持續循環數十次以後,系統竟可逐漸充放部分電能。

因過去從來沒有科學家成功運用鈣離子電解液讓電池充放電,一開始盧奕廷還不確定是實驗錯誤、還是真的發現了全新的可能。之後研究團隊不斷討論、重複驗證,找出這個令人興奮的新現象背後機制,在於鈣離子會在正極找到新路徑,於電極表面形成特殊的氧化鈣介面,把氧氣的還原產物(超氧化物)限制在其中,使電池內部可重複氧化、還原,就能連續充放電。

尼爾說,透過系統性的電化學與光譜研究,團隊開始了解這個特殊的新型電荷儲存機制和背後的成因,這項研究的新發現也為鈣空氣電池帶來前所未見的可充電性。

哈威克指出,團隊接下來的研究重點將放在如何將這樣的新電荷儲存機制應用於實際的電池系統設計中。因有清大與利物浦合作的研究模式,才取得這項重要的研究成果,為未來更緊密的合作關係奠立典範。

盧奕廷是板橋高中第一位在大學學測取得75級分滿級分的學生,當年以第一志願進入清大化工系,並以第一名的成績畢業,直攻清華與利物浦雙聯博士。盧今年25歲,即將在7月取得清大化工博士及利物浦化學博士雙學位。

清大與利物浦大學自2012年簽署合作備忘錄、開啟雙聯博士合作計畫,今年已邁入第10年。全球長嚴大任指出,雙方共同指導的博士生達39位,包括13位畢業生,研究領域涵蓋動機、化工、資工、物理、經濟等,成果斐然。

參與雙聯計畫的博士生第一年在清大學習,第二、三年前往英國,第四年再回台完成畢業論文,即可分別取得兩校博士學位證書。參與的博士生不僅免繳清大及利物浦的學雜費,赴英兩年期間,每月還得可獲清大校方及指導教授合計至少2萬1000元的津貼補助。

盧奕廷(左四)加入利物浦大學教授哈威克(右五)研究團隊,與博後研究員尼爾(右三)共同發表研究成果。圖/清大提供
盧奕廷(左四)加入利物浦大學教授哈威克(右五)研究團隊,與博後研究員尼爾(右三)共同發表研究成果。圖/清大提供
盧奕廷在清華大學重建英國的實驗設備,手上是他設計的電化學反應裝置。圖/清大提供
盧奕廷在清華大學重建英國的實驗設備,手上是他設計的電化學反應裝置。圖/清大提供

再生能源 太陽能發電 清大

延伸閱讀

電動車加速電池開發 立凱電持續開發新客戶

iPhone 13電池全面升級!新色「芭比粉、寶寶藍」渲染圖搶先看

大陸首條IBC電池產線 效率破24%

清大校史首次線上畢典今登場 賀陳弘勉畢業生「行動」

相關新聞

清大案延燒 教部徹查各大學兩岸交流

清華大學校友會與中國大陸廈門市政府、北京清華大學在新竹清大校內共設「清華海峽研究院」、「清華海峽研究院新竹辦公室」,遭質...

醫學系畢業一定會當醫生? 網曝出路:不少人會從事這類工作

醫生向來都被認為是高薪、有地位的職業,也因此醫學系是不少學子選填的目標,但讀完醫學系一定就會當醫生嗎?一名網友對此就提出疑問,有人就解釋不一定會當醫生,但不少人會從事和醫療相關的工作。

文組畢業只能領低薪? 網點名「1科系」賺翻:年薪穩破百萬

網路上經常出現「文理組之爭」,不少人認為文組出社會後的薪資較低。就有網友在PTT提問「文組中相對高薪的科系」,吸引許多鄉民討論,其中有一票內行人點名「法律系」是最賺錢的科系。

台灣自製探測儀 拚年底升空登月

近年各國積極展開重返月球的任務,國立中央大學自主研發的「深太空輻射探測儀」,預計最快於今年第四季,搭上日本民間的登月小艇...

肌少症沒解藥…女大生研究中藥改善症狀 脫穎而出錄取台大碩班

肌少症沒特效藥可治療,大葉大學學生許慈恩立志找出能對抑制肌少症發生的中藥藥方,因研究方向符合台灣高齡化社會需求也與眾不同...

世新傳有「必當率」!被當學生低於5%老師要寫報告 校方解釋了

世新大學要求課程不及格人數未達5%,授課教師要填報告說明,被部分師生稱是「必當率」。校方解釋,是為瞭解教學狀況,教師應依...

商品推薦

udn討論區

0 則留言
規範
  • 張貼文章或下標籤,不得有違法或侵害他人權益之言論,違者應自負法律責任。
  • 對於明知不實或過度情緒謾罵之言論,經網友檢舉或本網站發現,聯合新聞網有權逕予刪除文章、停權或解除會員資格。不同意上述規範者,請勿張貼文章。
  • 對於無意義、與本文無關、明知不實、謾罵之標籤,聯合新聞網有權逕予刪除標籤、停權或解除會員資格。不同意上述規範者,請勿下標籤。
  • 凡「暱稱」涉及謾罵、髒話穢言、侵害他人權利,聯合新聞網有權逕予刪除發言文章、停權或解除會員資格。不同意上述規範者,請勿張貼文章。