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蓄電池新科技

2015/10/23
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我們身邊到處有電池,但電池存放時會損失能量,有些還會造成污染。因此,科學家改良電池的努力從未間斷。今年6月26號,在知名的《自然通訊》(Nature Communication)期刊,史丹福大學華裔教授戴宏傑的研究團隊,發表了改良型的鎳鐵蓄電池,這項技術有什麼特色?又會如何影響你我的生活?請聽以下的科學三分鐘。

在您的生活中,可能都用過手機的鋰電池、或是汽機車用的鉛蓄電池,而今天提到戴宏傑教授改良的則是鎳鐵蓄電池。其實這些電池的名字,都來自於它們所使用的材料。所有化學電池的原理都一樣,一定有兩個電極,一個是正極,一個是負極,放在電解質當中–就是可以產生自由離子而導電的化合物裡面。當我們在電池的正極和負極之間,接上一條導線,讓電流流通,電池中的電化學反應就會開始進行,產生電力,也就是放電。

假如不接導線,電化學反應沒有發生,電池裡的化學能就會保存下來,所以電池可以保留電力。另外,如果這個反應是「可逆反應」,換句話說,就是我們對電池充電,則電池反應的生成物可以逆轉為反應物,就是說,電池的正負極和電解質會「回到」放電以前的狀態,可以再度使用的話,就叫作「蓄電池」。

目前常用的蓄電池各有優缺點,汽機車電瓶用的鉛蓄電池很便宜,但是會造成鉛汙染,環境成本高。至於3C產業常用的,可以充電的鋰電池,因為電池裡面含有鋰的離子,如果這些鋰的離子變成「活性極大」的鋰金屬,保護裝置又失靈的話,就可能發生爆炸意外。這也是有時候,我們在新聞看到手機爆炸燃燒的原因之一。所以科學界一直在研究更安全、環保的含鋰材料。

至於鎳鐵蓄電池,則使用鐵和氫氧化鎳做為電極,氫氧化鉀為電解質。它的歷史很悠久了,是愛迪生和研究夥伴共同發明的,不但便宜、安全、堅固耐用,而且所使用的材料,比較不會造成環境汙染,可惜傳統的鎳鐵蓄電池充電太慢、功率又小,因此逐漸被淘汰。戴宏傑教授的研究團隊,卻將電極跟奈米碳管及石墨烯結合,大幅增加了導電率,使得鎳鐵蓄電池的充電速度增加了一千倍,消除了它最大的缺點。未來也可能用來儲存再生能源產生的電力,或應用於電動車,有助於低碳綠能產業的發展。

今天的科學關鍵字,就是

蓄電池 rechargeable battery

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【本單元由行政院國家科學委員會補助製播】
2012-07-15 16:55:00播出


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