清華攜手利物浦大學 鈣空氣電池有新突破

清華與利物浦雙聯博士生盧奕廷在清華大學重建英國的實驗設備，完成鈣空氣電池實驗。（清華大學提供／邱立雅竹市傳真）

金屬空氣電池以其能量密度高、環境友善及低成本的優勢，成爲最具潛力的電動車供電來源之一。清華大學與英國利物浦大學合作研究，發現一種新型的電荷儲存機制，突破了過去鈣空氣電池無法重複充放電的限制。因鈣在地表的蘊藏量極高，空氣中的氧也可無限取得，這項研究成果將爲開創永續電池科技邁出一大步。

清華大學化工系講座教授胡啓章指出，目前普遍使用可重複充放電的鋰離子電池因載電量有限，且高電壓鋰離子電池有易爆炸的危險，但鈣空氣電池具有體積小、能量密度高的優點，可提供電能是傳統鋰離子電池的5倍，不過因只能一次性放電，無法再次充電，研究陷入瓶頸。

參與研究的清華與利物浦雙聯博士生盧奕廷在清華完成第1年的博士學業後，於2018年9月進入利物浦大學的史蒂芬生再生能源中心，在教授哈威克（Laurence Hardwick）的指導下，接手之前未能完成的鈣空氣電池電解液研究。

「沒想到我第1次進實驗室，做了100個充放電循環，就得到了與過去截然不同的結果。」盧奕廷發現，對單一電極進行充放電循環時，前2、3次的確無法充放任何電能，但當他持續循環數十次以後，卻發現系統竟可逐漸充放部分電能。

接下來的1年多，盧奕廷與研究團隊不斷討論、重複驗證，找出這個令人興奮的新現象背後機制，在於鈣離子會在正極找到了新路徑，使電池內部可重複氧化、還原，就能連續充放電。這項研究的新發現也爲鈣空氣電池帶來前所未見的可充電性。

這項研究已登上最新一期的國際頂尖期刊《化學科學》（Chemical Science）。第一作者爲盧奕廷，由利物浦大學化學系教授哈威克與清華大學化工系講座教授胡啓章共同指導，另一位利物浦博後研究員尼爾（Alex Neale）也參與研究。