皇家墨爾本理工大學的工程師說，他們已經將廉價、可充電、可回收的質子流電池的能量密度提高了兩倍，現在這種電池可以挑戰市售鋰離子電池的容量，比能量密度達到245 Wh/kg。與之相比，目前特斯拉Model 3 電池組中的鋰離子電池的能量密度僅為260 多Wh/kg，但卻不使用任何鋰，從而避免了預期的鋰擠壓，以及在電池供應鏈中對中國的供應依賴和各種報廢問題。

早在2014 年，我們就曾報導過這個團隊的工作，當時公佈了基於氫的質子流電池的首個概念驗證。

從本質上講，這是一種利用氫氣儲存能量的不同方法。質子電池的工作原理類似於可逆燃料電池，充電時接受水，分裂出帶正電荷的氫離子並釋放出氧氣。

質子電池內部示意圖RMIT University

此時，大多數氫氣系統會讓這些離子結合成氫氣，然後消耗能量將其壓縮、超冷液化或進一步加工成氨。質子電池則將氫質子直接儲存在浸泡在稀酸中的多孔固體活性炭電極的孔中。電池放電時只需加入氧氣，能量就會隨著水的產生而釋放出來。

在他們的最新論文中，皇家墨爾本理工大學的研究人員研究了質子電池工作的基本原理–主要是氧側反應–以便圍繞如何改進質子電池提出一些想法並進行測試。論文稱，這些想法包括：在製備電極之前對活性炭粉末進行真空乾燥，以去除材料中的水分；在運行過程中將整個電池溫和加熱至70 °C；以及用更薄的GDL 纖維片取代氧側氣體擴散層(GDL)。

他們說，這樣做的好處是巨大的，質子電池的單位重量儲能幾乎是他們上一個電池的三倍，”比以前文獻報導的使用酸性電解質的最高電化學儲氫量高出一倍多”。其密度為每克882 焦耳，大致相當於每公斤245 瓦時，與目前市場上的優質商用鋰電池不相上下。

沙欣-海達里博士（左）、約翰-安德魯斯教授和賽義德-尼亞博士在皇家墨爾本理工大學實驗室演示質子電池操作兩個小風扇的情景

那麼，質子電池一旦商業化，會有哪些優勢呢？與高壓氣體、持續沸騰的低溫液體或腐蝕性極強的氨相比，質子電池是一種非常安全穩定的氫氣運輸方式。它的壽命很長，充電也很快。不僅如此，它的成本相對較低，因為不需要鋰或任何其他稀有金屬，而且可以使用豐富的材料和廉價的製造工藝來製造。它還將是100% 可回收的。

首席研究員、皇家墨爾本理工大學教授約翰-安德魯斯（John Andrews）在一份新聞稿中說：”我們的電池的單位質量能量已經可以與市面上的鋰離子電池相媲美，同時更安全，對地球也更好，因為可以減少從地下開採資源。”

“我們的電池還可以進行快速充電，生產電池使用的主要資源是碳，與其他類型的充電電池（如鋰、鈷和釩）所需的資源相比，碳資源豐富，各國均可獲得，而且價格低廉。質子電池也不存在報廢時的環境問題，因為所有組件和材料都可以再生、再利用或回收。”

“對於大多數氫動力系統來說，往返效率無疑是個大問題，因為在電解、壓縮/冷卻、存儲以及燃料電池將氫轉化為電能的過程中，能量會被浪費掉。但這裡的情況似乎並非如此。”安德魯斯說：”我們的質子電池比傳統氫氣系統的損耗要低得多，在能源效率方面可直接與鋰離子電池相媲美。鋰電池的往返效率一般在90% 以上。

沙欣-海達里博士（左）和賽義德-尼雅博士在媒體合影時與萬用表和他們的原型機合影

不過，與其說它是燃料電池的競爭對手，倒不如說它是電池的競爭對手。在航空等對重量要求極高的應用領域，氣態氫和液態氫每公斤系統重量所攜帶的能量仍要高出數倍。

儘管如此，該團隊仍在努力實現質子電池的商業化。安德魯斯說：”我們期待與埃爾多公司合作，在墨爾本和意大利進一步開發這項技術，生產出存儲容量能夠滿足一系列家用和商用需求的原型電池。這項合作的目的是將系統從瓦級擴大到千瓦級，並最終擴大到兆瓦級。

該研究成果發表在《電源雜誌》上。