![■中大新型電解液通過燃燒安全測試。 中大供圖](http://image.wenweipo.com/2020/05/15/a13a.jpg)
製水系電解液 不易燃毒性低電壓穩 材料成本減95%
護膚霜除了可以令人容光煥發外,原來亦有可能讓大家充滿「電力」。中文大學的研究團隊利用一種護膚霜常用成分,研發了一款水系鋰離子電池電解液,令材料成本可降低最多達95%,加上不易燃、毒性低,相對環保,更能提供穩定的電壓。有關研究結果已刊登於國際期刊《自然材料》。■香港文匯報記者 高鈺
人們日常生活愈來愈依賴各類電子產品,使用的鋰離子電池可提供相對穩定的電量,且可再充電重複使用。不過,鋰離子電池之主要成分是有機電解液,含有毒性及高度易燃,故不時會出現電池過熱起火事故,引起安全隱患。
針對此一情況,中大機械與自動化工程學系副教授盧怡君領導的團隊,自2018年起研究上述提高電池安全性的方法,項目並獲研資局約80萬元資助。
盧怡君指出,鋰離子電池中的有機電解液,即使經過多年改良,仍然含有毒性及高度易燃,有可能引發致命事故。由於水的特質可解決易燃問題,故近年科學界致力研究以水系電解液取代傳統有機電解液,「但水系鋰離子電池的電壓和能量密度受到水電解限制,當電壓高於1.23伏特,電解液中的水分子便會分解為氫氣及氧氣,大大影響電池運作及電壓輸出穩定。」
至於增加水系電池電壓的新興做法,是利用高濃度鋰鹽製造人工固體電極介面及減少自由水含量,可改善水的穩定性,但使用高濃度鋰鹽會令成本大增及有高毒性的問題。
為解決該困局,盧怡君的研究團隊在先前對水系鋰離子電池的研究基礎上,利用生物界「分子擁擠」(molecular crowding)現象,希望以毒性低的材料作為水系電解液的穩定劑,以大幅減少電解液有毒鋰鹽或離子化合物的濃度。
研究人員利用護膚霜和潤滑劑常用的原料「聚乙二醇」取代高濃度鋰鹽或離子化合物,在電解液擬造出「分子擁擠」現象,以抑制水分子活性,並成功研發新一款的鋰離子電池電解液。
技術申專利 料5年內應市
在低鋰鹽濃度下,新款電解液的穩定電壓視窗達到3.2伏特,能充放電300次,效能與傳統鋰電池及水系電解液鋰電池接近,但新款電解液不易燃燒,更為安全。盧怡君指出,以往的水系電解液鋰電池中有80%至85%重量都是鋰鹽,成本約為每公斤7美元至20美元,新款電解液將鋰鹽重量佔比降至30%至35%,成本可減至每公斤約1美元,即便宜八成半至九成半,而且棄置時更為環保。
團隊已為技術申請專利,未來的目標是將電解液的穩定電壓視窗提升至4伏特或4.5伏特,並提升電解液的穩定性、改善電極等,料3年至5年內可以推出巿場。