澳大利亞首次演示可充電「質子電池」 或改變車輛供電方式

（這是RMIT開發的連接到電壓表的質子電池。工作原型的單位質量能量已經可以與市售的鋰離子電池相媲美。來源：RMIT大學）

來自澳大利亞墨爾本坎培門高等技術學院的研究人員首次演示了一種可充電的「質子電池」，它可以創造性地改變我們的家庭、車輛和設備的供電方式。

這種可再充電電池是環保的，並且具有進一步發展的潛力，相比於當前常用的鋰離子電池能夠存儲更多的能量。

質子電池的潛在應用包括儲存家用太陽能電池板的電能，就像目前使用鋰離子電池的特斯拉動力牆所做的那樣。

通過一些改進和擴展，質子電池技術也可以用於電網的中型存儲——比如南澳大利亞的巨大鋰電池，以及電動汽車。

質子電池的原型是一個碳電極，它是一個儲氫裝置，再加上一個可逆的燃料電池來產生電能。首席研究員約翰安德魯斯教授說，正是碳電極和水分裂產生的質子，為質子電池提供環境，能量和潛在的經濟優勢。

安德魯斯說：「我們最新的進展是朝著廉價、可持續的質子電池邁進，這將有助於滿足我們未來的能源需求，而不會進一步破壞我們已經脆弱的環境。隨著世界朝著可再生能源的方向發展，以減少溫室氣體排放和應對氣候變化為目的，對電能儲存的需求將是巨大的。」

質子電池是滿足這種巨大能量儲存需求的潛在貢獻者之一。用質子給電池供電比用鋰資源製造鋰電池更經濟。「碳是我們質子電池的主要材料，與金屬儲氫合金和可充電鋰離子電池所需的鋰相比，既豐富又便宜。」

在充電過程中，電極中的碳與來自電源的電子分裂水產生的質子結合在一起。質子再次釋放，通過可逆的燃料電池，從空氣中形成氧氣，產生電能。與化石燃料不同，碳在燃燒過程中不會燃燒或導致排放。

研究人員的實驗表明，在電池被優化之前。小型質子電池，其活性內表面積僅為5.5平方厘米（小於20美分的硬幣），已經能夠儲存與市售鋰離子電池相同的單位質量能量。安德魯斯說：「今後的工作將集中在通過使用原子級薄層碳基材料（如石墨烯）進一步提高性能和能量密度，其目標是實現質子電池與鋰離子電池的完全競爭。」

RMIT對質子電池的研究部分得到了澳大利亞國防科技集團和美國海軍研究全球辦公室的資助。

質子電池如何工作

質子電池的工作原型結合了氫燃料電池和電池電力的最佳方面。最新版本把用於氫氣固態儲存的碳電極與可逆燃料電池結合在一起，以提供集成的可充電單元。

在質子電池中成功使用由活性炭製成的電極是向前邁出的重要一步，並在國際氫能雜誌上報道。在充電過程中，由可逆燃料電池中的水分解產生的質子通過細胞膜傳導，並藉助於施加電壓所提供的電子直接與存儲材料結合，而不形成氫氣。

在供電模式中，這個過程是相反的; 氫原子從儲存器釋放並失去電子再次變成質子。這些質子然後通過細胞膜返回，在那裡它們與來自外部電路的氧和電子結合以重新形成水。質子電池的一個主要潛在優點是比傳統的氫系統高得多的能量效率，使之與鋰離子電池相媲美。消除了與氫氣演化和裂解回質子有關的損失。

幾年前，RMIT的團隊發現一種貯氫合金電極質子電池可以正常工作，但它的可逆性和循環性能太低。此外，所使用的合金含有稀土元素，因此是笨重和昂貴的。最新的實驗結果表明，由酚醛樹脂製成的多孔活性炭電極能夠在電極中儲存約質量分數為1％的氫。儘管質子電池遠未達到最優化，但這每單位質量的能量已經可以與市售的鋰離子電池相媲美。最大電池電壓是1.2伏。

原文來自sciencedaily，原文題目：All power to the proton: Researchers make battery breakthrough，由材料科技在線匯總整理。

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