澳洲新南威爾斯大學(UNSW)成功開發了一種可儲存質子(氫離子)的有機材料,並以其在實驗室中製作出可充電質子電池的試作品。此電池可望有助於解決既有鋰離子電池在資源稀缺、環境影響、安全性、成本等方面的問題。
此項研究的顯著成果在於開發出做為質子電池正極材料的有機材料「Tetraamino-1,4-Benzoquinone(TABQ)」。TABQ利用氫鍵網絡可實現迅速的質子傳輸,在室溫與零下溫度條件下亦具有高能源效率。
UNSW最初考慮使用有機材料「Tetrachloro-benzoquinone(TCBQ)」做為電極材料,但TCBQ的氧化還原電位未能低至可做為正極材料,也不夠高到利用於負極材料。為了提高做為正極材料的性能,研究團隊透過以氨基取代TCBQ中的4個氯基團,開發出TABQ。結果成功地大幅提高了質子儲存能力,並充分降低了氧化還原電位。
研究團隊以TABQ正極、TCBQ負極進行了電池試作品測試,達成3,500次以上的充放電循環,具有高容量且確認即使在低溫條件下亦展現高性能。質子電池也適用於電網規模的儲能,低成本、高安全性,將可望促進再生能源的普及發展。此外,新電池的電極均採用有機分子,電解質則使用了水溶液,藉此將能提供輕量、安全且永續的能源解決方案。
展望未來,UNSW將持續投入質子電池的改良開發,且設計重點從正極材料轉向負極材料,以進一步提高電池的輸出電壓。另一方面,此質子傳輸機制促使氫能以穩定的形態儲存或運輸,將可望有助於氫能的實用化。