盐水可以导电,那么含有大量盐类的海水是否可以变成优秀电解质?美国团队着眼于现在常见的电池电解质存有易起火与有毒缺点,决定用海水取而代之、研发全新的充电式锌电池。
目前锂离子电池是最为常见的电池储能选项,体积小、电容量高,反应速度也快,迅速推动电动车、电网级储能技术的演进,然而锂离子电池热潮带来的不仅是方便的生活,伴随而来的采矿环境议题与劳工权益、锂电池易燃安全性课题,也是不容忽略。
在一般的可充式电池中,电解质主要成分为也是有毒易燃且在高压下容易分解有机溶剂,存有安全风险,若随意丢弃电池,更会伴随环境污染。有鉴于此,美国中央佛罗里达大学(UCF)团队提出一项替代方案,拿海水当作电解质。
这个概念其实不稀奇,像是 2017 年韩国蔚山国家科学技术研究所(UNIST)与电力公司共同研发海水电池;2019 年 IBM 宣布要和 Mercedes-Benz 从海水提炼出三种专利材料制造电池,更声称新型电池充电速度快,5 分钟即可充满 80%,功率密度高达 10,000W/L 以上,能量密度则是 800 Wh / L。
而 UCF 团队目标与上述团队类似,只是并不是研发现下热门的锂离子电池,而是新兴锌离子电池。充电式锌离子电池面对的难题跟锂离子电池类似,都存有“晶枝”问题,随着充放电次数增加,因为沉积不均匀、会渐渐在电极表面会形成树枝状晶枝,降低电城性能与寿命。
不过 UCF 认为,透过在阳极涂上锌锰奈米合金,可以缓解晶枝生长问题,在每平方公分 80 豪安高电流密度下,经过 1,000 小时循环充放电也没有退化的迹象,也成功供电小型风扇,海水电解质也不会起火爆炸、污染环境的风险。研究作者 Yang Yang 表示,目前已开发坚固又耐用的 3D 电极,可在极端条件下使用海水电池。
团队认为这款电池也能应用在自主水下载具,将来非水性电解质的电池也能使用新型锌锰合金。不过当然,这还有待更进一步的发展。
- Green, saltwater-based battery leans on a new anode to go the distance
- UCF-Developed Seawater Battery is Safer for People and Environment
- UCF Professor creates battery powered by seawater
(首图来源:pixabay)