【大纪元2021年06月10日讯】（大纪元记者林倩玉台湾新竹报导）金属空气电池以其能量密度高、环境友善及低成本的优势，成为最具潜力的电动车供电来源之一。清华大学与英国利物浦大学合作研究，发现一种新型的电荷储存机制，突破了过去钙空气电池无法重复充放电的限制。因钙在地表的蕴藏量极高，空气中的氧也可无限取得，这项研究成果将为开创永续电池科技迈出一大步。
这项研究已登上最新一期的国际顶尖期刊《化学科学》（Chemical Science）。第一作者为清大与利物浦双联博士生卢奕廷，由利物浦大学化学系教授哈威克（Laurence Hardwick）与清华大学化工系讲座教授胡启章共同指导，另一位利物浦博后研究员尼尔（Alex Neale）也参与研究。
胡启章指出，目前普遍使用可重复充放电的锂离子电池因载电量有限，且高电压锂离子电池有易爆炸的危险，许多科学家因此把研究的焦点转向了锌、锂、钠、钾及难度更高的钙、镁、铝等金属空气电池，作为未来电动车及风电、太阳能发电的储能工具。其中的钙空气电池具有体积小、能量密度高的优点，可提供电能是传统锂离子电池的5倍，但因它只能一次性放电，无法再次充电，研究陷入瓶颈。
卢奕廷说明，金属空气电池是以活性较高的固态金属为负极，与空气接触的多孔碳材为正极的电化学电池。当负极的金属被氧化，正极的氧气被还原，即产生电流。
卢奕廷发现，对单一电极进行充放电循环时，前二、三次的确无法充放任何电能；但当他持续循环数十次以后，却发现系统竟可逐渐充放部分电能。
因过去从来没有科学家成功运用钙离子电解液让电池充放电，一开始卢奕廷还不确定是实验错误、还是真的发现了全新的可能。他立即向两位指导教授报告，接下来的一年多，研究团队不断讨论、重复验证，找出这个令人兴奋的新现象背后机制，在于钙离子会在正极找到了新路径，于电极表面形成特殊的氧化钙介面，把氧气的还原产物（超氧化物）限制在其中，使电池内部可重复氧化、还原，就能连续充放电。
胡启章认为，这项新型态的电荷储存机制不仅可应用在钙空气电池，也将为其他的金属空气电池研发指出新的路径。他特别感谢我国科技部及英国工程和自然科学研究委员会（EPSRC）对这项研究的支持，也期待能早日看到钙空气电池的实际应用与量产。
卢奕廷是板桥高中第一位在大学学测取得75级分满级分的学生，当年以第一志愿进入清大化工系，并以第一名的成绩毕业，直攻清大－利物浦双联博士。今年才25岁的他，即将在7月取得清大化工博士及利物浦化学博士双学位。
清华大学与利物浦大学自2012年签署合作备忘錄、开启双联博士合作计划，今年已迈入第十年。全球长严大任指出，双方共同指导的博士生达39位，包括13位毕业生，研究领域涵盖动机、化工、资工、物理、经济等，成果斐然。
责任编辑：王愉悦
