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科大率领团队成功研制可充电液态燃料 为电动车及电网供电

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赵天寿教授(中)、陈擎教授(左一)及其他团队成员
赵天寿教授(中)、陈擎教授(左一)及其他团队成员 [Download Photo]
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由香港科技大学(科大)领导的跨学府研究团队,成功研製了一种环保充电液体燃料。计划全面成功后,将对全世界產生革命性的影响,包括把电动车的充电时间由数小时缩短至数分鐘。

电燃料如果以太阳能或风能充电,就会具 「碳中和」的优点;像化石燃料一样,它可以很方便地输入电网,或输入车辆内。

这研究名為「用於可再生能源供电站及电动汽车的电燃料储能技术基础研究」,由科大的赵天寿教授领导;其他团队成员来自香港大学、香港中文大学及香港理工大学。

赵天寿教授為张英灿工程学及环境学教授、机械及航空航天工程学系讲座教授、以及科大能源研究院院长。这為期五年的研究计划(2018 至2022)由研究资助局的主题研究计划资助,资助额為5000万港元。

赵教授解释说:「我们成功研发了一个稳定的鋰硫电池,因為它的高能量密度和低成本,它既可以為电动车供电,也可以為电网储存来自太阳能和风能的电力。」

「最让我们兴奋的是我们能够将鋰硫电池转化為液态系统,或称為电燃料。」

用传统充电方式為汽车充电,通常需要几小时,但使用电燃料则只需几分鐘。由於它可再充电,电燃料不会像化石燃料那样越用越少。在充电站,耗尽能源的燃料从燃料缸移走,然后补充载有能源的燃料。

电燃料系统的运作是基於鋰硫电池的化学原理 – 利用鋰金属的高容量以及硫阴极的廉宜价钱。虽然研究团队已取得重要成果,但仍有挑战要克服。首先,在鋰表面形成的枝晶可能会缩短电池寿命。其次,释出的硫会溶解,并且破坏鋰阳极。

「一个解决方案是形成有表面保护的多孔鋰阳极,而此类方案以前都是通过不切实际、繁杂的方式实现,」 科大团队另一成员 – 机械及航空航天工程学系助理教授陈擎解释道。「我们让热力学為我们服务。利用两个自发反应,我们在一个碳支架上形成一个多孔鋰阳极,并在上面形成复合保护层。」

这简单而有效的方法,让一个高负载鋰硫电池发挥前所未见的表现。负载 – 即装置上每面积单位的活性材料 – 必须维持高水平,才能将理论上的高性能最终可以转化為一个实用高效的储能技术。

虽然研究仍在进行,部分成果已经於Nature Communications刊登。这是全球最有名的跨学科学术期刊之一。期刊自2010年创刊以来,科大已刊登了22份论文,大部分都代表业内作的重大突破。

 

有关香港科技大学
香港科技大学(www.ust.hk)是国际知名的研究型大学,其科学、工程、商业管理及人文社会科学领域,均臻达世界一流水平。科大校园国际化,提供全人教育及跨学科研究,培育具国际视野、创业精神及创新思维的优秀人才。科大的研究于香港的大学教育资助委员会「2014研究评审工作」获得最多「世界领先」评级,亦于最新的《泰晤士高等教育全球年轻大学排名榜2019》中排行第一,而科大的毕业生在2019年度的全球大学就业能力调查排名第10位,位列大中华院校之首。