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2023年7月31日

為電解液調味 以膳食添加劑製造安全、長壽的水性鋅電池

2023年7月31日
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第一作者博士生董德健展示使用高濃度醋酸鋅的鋅電池原型製品。

利用使用高濃度醋酸鋅的鋅電池原型點亮LED燈

使用助溶劑促使高濃度醋酸鋅溶解於水的過程。

香港中文大學(中大)機械與自動化工程學系盧怡君教授領導的團隊,在研發高性能環保水性鋅電池電解液方向邁出關鍵性的一步。該團隊應用製藥科學領域增加藥物溶解度的方法,解決了水性鋅電池因醋酸鋅(用於電解液的一種無鹵素鹽)的溶解度不足而衍生的壽命短問題。該項突破最近已刊登在《自然》的姊妹刊《自然–可持續發展》。 

使水性鋅電池更耐用及更環保 

鋰離子電池具有穩定電量輸出及使用壽命長的優點,現已成為許多便攜式電子產品如手機和筆記本電腦、電動汽車,以及大型太陽能/風能發電廠不可或缺的配置。然而,鋰離子電池的有機電解液帶有毒性及容易燃燒,有很嚴重的安全隱患。

相比之下,水性鋅電池由於使用水作為電解液,不存在爆炸風險。然而,在電池使用過程,鋅金屬容易產生形成針狀結晶的副反應,導致電池短路,縮短使用壽命。現有減少針狀結晶形成的方法是使用大量含有鹵素的鋅鹽,但卻會引致環境與可持續性的問題。

膳食添加劑助力穩定鋅電池 

水溶增強效應是藥物科學領域用於增加藥物水溶性一種常見的現象。水溶性差的藥物在添加助溶劑後,助溶劑、水和藥物分子會產生強烈的相互作用,令藥物很容易溶解在水中。受這一現象的啟發,盧教授團隊成功開發了多種助溶劑,將難溶於水的醋酸鋅鹽溶解度提高14倍。其中一種助溶劑是尿素,它無毒且環保,經常用於皮膚科產品中作保濕之用。

以尿素作為助溶劑的高濃度醋酸鋅電解液,可幫助鋅電池在快速充電(6分鐘內)的條件下,進行超過 4,000 次循環。水性鋅電池常見的副反應如產生氫氣等,幾乎可完全被消除。該電解液使高性能鋅電池能以更環保與可持續的方式運行。

盧教授說:「我們的研究提供了簡單通用的方法來打破鹽的溶解度限制,讓這種低成本又環保的材料,可以用於製造更高性能、可持續性更佳的電池。與此同時,這種方法亦有助促進更多環保材料在清潔能源領域的應用。」



第一作者博士生董德健展示使用高濃度醋酸鋅的鋅電池原型製品。

第一作者博士生董德健展示使用高濃度醋酸鋅的鋅電池原型製品。

 

利用使用高濃度醋酸鋅的鋅電池原型點亮LED燈

利用使用高濃度醋酸鋅的鋅電池原型點亮LED燈

 

使用助溶劑促使高濃度醋酸鋅溶解於水的過程。

使用助溶劑促使高濃度醋酸鋅溶解於水的過程。

 

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