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前瞻技術脈動：能源技術（202419）

關鍵字：水系鋅離子電池；鋅枝晶；催化劑；綠色氫；燃料電池；凹槽電極設計；固態電池；中子反射儀(neutron reflectometry)；
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科技產業資訊室(iKnow) - 技術發展藍圖研析團隊 發表於 2024年12月6日
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圖、前瞻技術脈動：能源技術（202419）
 
科學家開發出高能量密度超長壽命水系鋅離子電池
水系鋅離子電池的能量密度和循環壽命仍需提升。為了解決這些問題，研究者採用外加磁場作為技術手段，成功抑制了水系鋅離子電池陽極上鋅枝晶的生長。

中國科學院開發了一種利用外部磁場調控的高性能水系鋅離子電池，傳統水系鋅離子電池的問題在於陽極上會產生絕緣的鋅枝晶，持續成長將導致電池短路，而該研究成功地透過引入弱磁場，抑制了鋅枝晶的生長，從而顯著延長了電池的循環壽命。這種磁場調控下的水系鋅離子電池展示了超長的循環壽命，同時實現了高能量密度和功率密度，有助於開發更安全、更可持續、更具成本效益的電池技術，研究成果已發表於《Materials Horizons》期刊。
參考資料：Scientists develop aqueous zinc-ion battery with high energy density and ultra-long lifetime. TechXplore. 2023/06/14.

高功率密度燃料電池的新設計提高了性能和耐用性
氧化銥催化劑的效率與穩定性仍有待進一步提升。然而，透過引入晶格水輔助機制，已成功改善其催化效率。

洛斯阿拉莫斯國家實驗室的研究團隊開發了一種高功率密度燃料電池，透過凹槽電極設計和微加工技術，增加氧氣和質子(氫離子)的傳送效率和流動速度，從而增強了燃料電池的性能和耐用性。該研究為高功率密度燃料電池提供了一個具有潛力的解決方案，有助於促進清潔能源轉型和提升能源系統的效率。這種凹槽電極設計可以更好地控制氧氣和質子的傳送，使其能夠更有效地進行電化學反應，從而提高燃料電池的功率輸出和耐久性，有助於推動燃料電池技術的發展，為可持續能源和清潔能源領域帶來新的應用潛力。該研究成果已發表在《Nature Energy》期刊。
參考資料：New design for high-power-density fuel cells offers improved performance and durability. TechXplore. 2023/06/27.

揭密固態電池運作機制發掘高效率關鍵
鋰電池有易燃的安全性問題，固態電解質能提升安全性及能量密度，解決易燃問題，但研究者尚未掌握充放電過程中固態電解質具體的運作機制。

研究人員使用中子反射儀(neutron reflectometry)來觀察運作中固態電池的內部並監測其電化學行為，他們發現其優異的性能源於極薄的層，帶電的鋰原子從陽極移動到陰極並混合到固態電解質中時會快速流過該層。

鋰磷氮氧化物(LiPON)是橡樹嶺國家實驗室(ORNL)近 30 年前發明的一種固體電解質，為了拓展其適用範圍，故須瞭解其運作機制。研究人員透過中子反射儀發現LiPON的固態電池中，在鋰金屬和固態電解質的界面會形成一層只有7 nm的薄固態電解質中間相(SEI)層來鈍化鋰，使其不發生反應而提高安全性，且SEI不會像傳統電池那樣隨著充放電次數增加而膨脹，故電池性能得以提升，瞭解這個機制有助於開發性能更好的新材料。本研究發表於ACS Energy Letters期刊。(959字；圖1)
參考資料：Neutrons look inside working solid-state battery to discover its key to success. ScienceDaily. 2023/06/28.

 

 
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