美國史丹佛大學(Stanford University)的研究人員攜手豐田中央研究所(Toyota Central R&D Labs Inc.),共同開發出一款專為電網級能量儲存而設計的新穎蓄電池。這種電池的電極部份採用鋅、鎳以及低成本的商用金屬共同打造。

然而,鋅電池一般缺乏充電可靠性。在電池充電期間,被稱為「枝晶」(dendrite)的細小纖維在鋅電極上形成,最終並達到鎳電極,導致電池短路或故障。因此,研究人員們透過重新設計電池,解決了枝晶生長的問題。

相較於傳統電池採用鋅電極與鎳電極彼此相對的設計,研究人員們改用一層塑膠絕緣層來分隔彼此,並在铲電極邊緣包覆碳絕緣層。

「藉由我們的設計,在充電過程中,鋅離子會減少並沉積於鋅電極暴露的背面上,」豐田中央研究所(Toyota Central R&D Labs Inc.)科學家相吾東(Shougo Higashi),「因此,即使生長出鋅枝晶,也會遠離鎳電極,而不至於使電池短路。」

20160623 Zinc NT01P1 當鋅陽極生長出枝晶並接觸到金屬陽極,導致傳統的鋅(Zn)電池(左)發生短路。重新設計的電池(右)採用塑膠與碳絕緣層,避免鋅枝晶的生長接觸到陰極(來源:相吾東/Stanford University)

根據研究人員表示,經過重複充電和放電電池超過800次後,並未出現任何短路。

史丹佛大學材料科學與工程系副教授崔屹(Yi Cui)表示,這款簡單的設計適用於廣泛的金屬電池。這項技術還有利於太陽能與風力發電場,或任何需要巨大能量儲存的應用。

「太陽能和風力發電場必須能夠日以繼夜地為電網提供能量,即使是没有限光或風的情況下也毫不中斷,」崔屹強調,「這就需要低廉的電池以及其他低成本技術夠強大,才足以因應使用需要預先儲存剩餘的清潔能源。」

20160623 Zinc NT01P2 枝晶的形成(來源:Nature Communications/Stanford)

這項研究發現己發表於最新一期的《自然通訊》(Nature Communications)期刊。這項研究的其他研究人員還包括史丹佛大學的Seok Woo Lee與Jang Soo Lee,以及豐田中央研究所研究人員Kensuke Takechi等。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Researchers Develop Reliable Rechargable Zinc Battery,by Jessica Lipsky)