【港大研究】團隊研發高效新電池技術　有望取代鋰電池作商業應用

由香港大學機械工程系教授梁耀彰領導的研究小組研發的一種新電池技術，有望取代在電子設備中被廣泛使用但存在安全隱患的鋰離子電池。

當前的鋰離子電池存在諸多不足，所使用的鋰金屬原材料較為稀缺，價格昂貴並且具毒性，研究人員一直在尋找更環保、更安全、成本更低的新電池技術替代。

研究團隊在設計高性能準固態鎂離子電池上取得的突破性成果，有望替代鋰離子電池作商業化應用。研究結果已在《Science Advances》發表，題為「Next-generation magnesium-ion batteries: The quasi-solid-state approach to multivalent metal ion storage（下一代鎂離子電池：利用準固態方式實現多價金屬離子存儲）」。

鎂離子電池近年被認為是解決鋰離子電池缺點的潛在方案，但開發高效鎂離子電池的過程充滿挑戰，包括克服水性系統中狹窄的電化學窗口以及非水系統中較差的離子電導率。

為了解決這些障礙，梁耀彰的團隊早前開發了一種工作電壓高於2V的「鹽包水」鎂離子電池。然而，由於質子在水性電解液中阻礙了鎂離子在正極中的存儲，「鹽包水」電池的性能仍然落後於非水性電池。

研究團隊成員、論文第一作者博士生梁紀華解釋，與金屬離子相比，氫離子（或質子）的體質更小及更輕。其細小尺寸讓它很容易進入電池的正極結構，但這也帶來了一個問題，因爲質子和鎂離子爭奪空間，嚴重限制了電池可以存儲的能量以及可以持續運行的時間。

團隊研發的準固態鎂離子電池，在電解液中使用了聚合物來控制質子和金屬離子之間的競爭。高效新電池擁有2.4 V高電壓平台和264 W·h kg⁻1的能量密度，超越當前鎂離子電池的性能，並有望與鋰離子電池相媲美。

團隊對新電池進行了大量循環測試，結果新電池表現出色，在零下溫度（-22°C）的極端條件下，經歷900次循環後仍保留了90%的容量。新電池不易燃，耐壓超過40大氣壓。

梁耀彰形容這是一項能夠啟迪未來的新發展，指「新電池展示了極高的耐用性和效能，即使在寒冷的極端氣候下也可運作，具備潛力應用於消費電子產品。」他又補充，團隊的準固態鎂離子電池結合了非水系統的高電壓和水性系統的安全性和成本效益，為高性能鎂離子電池的發展邁出了重要一步。

團隊成員、研究助理教授潘文鼎相信，準固態鎂離子電池具有潛力重塑能源存儲行業，為全球提供可持續的供電方案，他指出研究中提出的先進電解液的發展潛力並不局限於鎂離子電池，還能擴展到其他多價金屬離子電池，例如鋅離子和鋁離子電池。他相信這項研究將提供高效而環保的下一代儲能解決方案，為後鋰離子技術鋪平道路。

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責任編輯：陳麗娜