瑞士尋獲新型抗腐蝕材料,盼提升鋁電池應用與效率

    科學家致力于發展低成本、高效與安全電池,而身為鋰離子電池后起之秀,也有不少科學家關注并不斷研發鋁電池(aluminium batteries),其中瑞士聯邦材料科學技術實驗室(Empa)與蘇黎世聯邦理工學院(ETHZ)已找出兩種材料,可望提升鋁電池效率與增加用途廣泛性.

    根據在《Advanced Materials》報告,氮化鈦(titanium nitride)與聚芘(Polypyrene)為良好替代材料,前者為導電性高與耐腐蝕性強的合成陶瓷材料,由常見的鈦和氮元素組成,且易于制造;后者則為碳氫化合物,儲存容量可與石墨相競爭,可做為電池正極材料.

    瑞士尋獲新型抗腐蝕材料,盼提升鋁電池應用與效率

    由于鋁電池電解質腐蝕性極強,甚至可腐蝕不銹鋼與金,因此科學家正在尋找替代材料或是抗腐蝕材料.而氮化鈦可是說是該研究的突破口,該材料比不銹鋼更有效阻擋腐蝕性電解質,同時也能以薄膜生產,如此一來就可以覆涂在電池上的聚合箔(polymer foils),ETHZ 功能性無機材料教授 Maksym Kovalenko 認為,研究可進一步提升氮化物的多功能性.

    科學家已成功在實驗室打造氮化鈦鋁電池(見首圖).Kovalenko 指出,氮化鈦也可以用在金屬導體,甚至能將其印刷在塑料上,其潛在應用也不限于鋁電池,也可用在鈉基電池、鎂基電池或高壓鋰離子電池.

    聚芘的分子結構.

    第二種材料聚芘則為聚合物分子結構,當其分子鏈無序聚集時,聚芘會具有導電性.Kovalenko 表示,分子鏈之間存有許多空間,可讓電解質中較大離子能夠滲入電極材料.團隊則認為聚芘和氮化鈦都是可撓式材料,可望用于可撓式電池,但目前該材料仍處于實驗室階段.

    這兩項材料發展皆有望提升再生能源的儲能應用.當日照強烈與風大時,儲能技術可有效儲存電力,以免發生缺電或是綠能供過于求的窘境.雖然在儲能技術中,鋰離子電池效率高,也是當今廣泛技術,但由于鋰礦地球含量比鎂、鈉與鋁還要低,萃取也具困難性,鋰離子電池并不適合大范圍使用.

    報告指出,目前迫切需要低成本和可大規模應用的固定式電力儲能設備,為此目標,現在已有一波新型電池研發浪潮,而這些電池大多是由地表含量高且易于制造的零件組成.