科學家們開發出了一種安全、經濟的水性可充電電池，解決了目前儲能係統（ESS）中使用的鋰離子電池的限制。他們的創新在於一種由二氧化錳和鈀組成的複合催化劑，它將危險的氫氣轉化為水，同時確保安全性和性能。這項突破為這些電池在ESS 和其他產業的商業化打開了大門，為現有技術提供了更經濟、更安全的替代方案。

今年夏天，地球正在經歷極端天氣模式，包括嚴重的熱浪和強降雨。在這個充滿挑戰的時期，採用再生能源和加強相關基礎設施作為保護地球的策略比以往任何時候都更為迫切。然而，由於再生能源發電的不可預測性，這種方法面臨著巨大的挑戰，因為它依賴不確定的變量，例如不穩定的天氣條件。

因此，對可在需要時儲存和供應電力的儲能係統（ESS）的需求與日俱增，但目前在ESS中使用的鋰離子電池（LIB）不僅價格昂貴，而且容易引發火災，因此迫切需要開發更便宜、更安全的替代品。

一項創新技術能夠安全地將氫氣轉化為水，提高了電池的安全性。這項進步為更經濟、更安全的水性充電電池的商業化鋪平了道路。

水充電電池中氫氣產生和在電池內部不斷累積的原因。資料來源：韓國科學技術院

水性充電電池的研究進展

由韓國科學技術院（KIST）儲能研究中心的Oh, Si Hyoung 博士領導的研究小組開發了高度安全的水性充電電池，可及時提供符合成本和安全需求的替代品。

儘管可實現的能量密度較低，但水性可充電電池具有顯著的經濟優勢，因為其原料成本比LIB 低得多。然而，寄生水分解產生的氫氣會導致內部壓力逐漸升高，並最終耗盡電解液，這對電池的安全性構成了巨大威脅，給商業化帶來了困難。

透過水再生法確保水性充電電池安全的建議策略。資料來源：韓國科學技術院

克服電池技術的安全挑戰

迄今為止，研究人員經常試圖透過安裝表面保護層來規避這個問題，以盡量減少金屬陽極與電解液之間的接觸面積。然而，在大多數情況下，金屬陽極的腐蝕和伴隨而來的電解液中水的分解是不可避免的，氫氣的持續累積會在長期運作中造成潛在的爆炸。

複合催化劑在活化水再生化學反應中的作用。資料來源：韓國科學技術院

為了解決這個關鍵問題，研究團隊開發了一種由二氧化錳和鈀組成的複合催化劑，它能夠自動將電池內部產生的氫氣轉化為水，從而確保電池的性能和安全性。

在正常情況下，二氧化錳不會與氫氣反應，但加入少量鈀後，氫氣很容易被催化劑吸收，並再生為水。在裝載了新開發的催化劑的原型電池中，電池的內部壓力保持在遠低於安全限值的水平，而且沒有觀察到電解質耗竭的現象。

對未來能源儲存的影響

這項研究成果有效地解決了水電池中最令人擔憂的安全問題之一，為未來ESS 的商業應用邁出了一大步。用更便宜、更安全的水電池取代鋰電池，甚至會引發全球ESS市場的快速成長。

韓國科學技術院的Oh, Si Hyoung 博士表示：「這項技術基於內建的主動安全機制，為水性充電電池量身定制安全策略，透過該機制自動控制風險因素。此外，它還可應用於氫氣洩漏是主要安全問題之一的各種工業設施（如氫氣站、核電廠等），以保護公眾安全。”

編譯來源：ScitechDaily