科大率領團隊成功研製可充電液態燃料 為電動車及電網供電

2019-08-29

由香港科技大學(科大)領導的跨學府研究團隊,成功研製了一種環保充電液體燃料。計劃全面成功後,將對全世界產生革命性的影響,包括把電動車的充電時間由數小時縮短至數分鐘。

電燃料如果以太陽能或風能充電,就會具 「碳中和」的優點;像化石燃料一樣,它可以很方便地輸入電網,或輸入車輛內。

這研究名為「用於可再生能源供電站及電動汽車的電燃料儲能技術基礎研究」,由科大的趙天壽教授領導;其他團隊成員來自香港大學、香港中文大學及香港理工大學。

趙天壽教授為張英燦工程學及環境學教授、機械及航空航天工程學系講座教授、以及科大能源研究院院長。這為期五年的研究計劃(2018 至2022)由研究資助局的主題研究計劃資助,資助額為5000萬港元。

趙教授解釋說:「我們成功研發了一個穩定的鋰硫電池,因為它的高能量密度和低成本,它既可以為電動車供電,也可以為電網儲存來自太陽能和風能的電力。」

「最讓我們興奮的是我們能夠將鋰硫電池轉化為液態系統,或稱為電燃料。」

用傳統充電方式為汽車充電,通常需要幾小時,但使用電燃料則只需幾分鐘。由於它可再充電,電燃料不會像化石燃料那樣越用越少。在充電站,耗盡能源的燃料從燃料缸移走,然後補充載有能源的燃料。 

電燃料系統的運作是基於鋰硫電池的化學原理 – 利用鋰金屬的高容量以及硫陰極的廉宜價錢。雖然研究團隊已取得重要成果,但仍有挑戰要克服。首先,在鋰表面形成的枝晶可能會縮短電池壽命。其次,釋出的硫會溶解,並且破壞鋰陽極。

「一個解決方案是形成有表面保護的多孔鋰陽極,而此類方案以前都是通過不切實際、繁雜的方式實現,」 科大團隊另一成員 – 機械及航空航天工程學系助理教授陳擎解釋道。「我們讓熱力學為我們服務。利用兩個自發反應,我們在一個碳支架上形成一個多孔鋰陽極,並在上面形成複合保護層。」

這簡單而有效的方法,讓一個高負載鋰硫電池發揮前所未見的表現。負載 – 即裝置上每面積單位的活性材料 – 必須維持高水平,才能將理論上的高性能最終可以轉化為一個實用高效的儲能技術。

雖然研究仍在進行,部分成果已經於《自然通訊》刊登。這是全球最有名的跨學科學術期刊之一。期刊自2010年創刊以來,科大已刊登了22份論文,大部分都代表業內作的重大突破。

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香港科技大學工學院

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電郵:egdiana@ust.hk

葉嘉琪
電話:2358 5917
電郵:egkkyip@ust.hk

趙天壽教授(中)、陳擎教授(左一)及其他團隊成員。
趙天壽教授(中)、陳擎教授(左一)及其他團隊成員。
趙天壽教授(左)向團隊其他成員展示電燃料。
趙天壽教授(左)向團隊其他成員展示電燃料。
示範車輛及一瓶電燃料。
示範車輛及一瓶電燃料。