岭大团队研发崭新快充钠电池 短短数分钟内完成

电动车及电子产品普及使用锂电池，惟其开采及销毁过程对环境造成的负面影响备受关注。岭大跨学科学院学者与清华大学、北京理工大学学者组成研究团队，最新研究提出突破性新型“无负极钠电池”技术，透过改变钠电池内的电解液盐浓度，能减低快速充电时容易出现短路及电池寿命短的问题；实验更显示，能够在短短数分钟内完成充电，同时能保持安全和稳定性。钠元素在地球上极为丰富，在海水中亦含有大量钠离子，价格仅为锂的约十分之一以下，将有助降低电动车生产与储能系统的成本。有关研究成果刊登在国际能源材料领域的顶级学术期刊《先进能源材料》（AdvancedEnergy　Materials）。

学术界近年积极研究以“无负极钠电池”，又称“无储库钠电池”，以取代锂电池的可能性（图一），但其商品化的一大障碍是由于钠金属较“软”，在高速充电时容易出现短路，导致电池寿命缩短，甚至有机会发生安全事故。

图一：无负极钠电池的充放电状态示意图。充电时钠金属沉积在铝集流体上，放电时钠回到正极。（岭大供图）

岭大与清华、北京理大学者组成的研究团队，揭示钠电池安全问题的关键控制步骤，在于控制钠离子沉积的“物理机制”，团队透过适度调整钠电池内的电解液盐浓度，成功将钠沉积过程由既有的“扩散控制”，转为“电荷转移控制”（图二）。该方法能大幅降低电池充电过程中短路的风险，提升电池的稳定性与寿命。此外，该新型电池在完全放电时不含金属钠，从而减低生产与运输的安全隐患。

实验室测试证明，当新型“无负极钠电池”的电解液盐浓度提升后，其钠离子供应更充足，令钠沉积过程变得平稳，其承受高速充电的能力提升至大于20mA cm⁻²，在10C的快速充电下仍保持良好性能，并在数分钟内完成充电，超越目前商用锂电池普遍1C至2C的充电速度；在500次循环充电后，仍保持超过七成电容量。

图二：电荷转移与钠离子扩散控制条件下的钠沉积示意图。在电荷转移控制条件下钠离子（Na＋）供给充足，钠金属在铝集流体上沉积均匀。在扩散控制条件下钠离子匮乏，钠金属沉积不均匀，导致电池短路。（岭大供图）

研究团队指出，这项突破性发现为“无负极钠电池”的实际应用奠定基础，期望未来进一步将实验模型推展至规模化应用于电动车、可再生能源储能如风电、太阳能等，以至日常消费电子产品。

论文的共同通讯作者、岭大跨学科学院副教授李亮亮指，团队成功研发的新型无负极钠电池，使用了地球资源更丰富、成本更低的钠取代锂，在资源与环保方面更有优势，为全球能源转型提供切实可行的新方案。钠元素在地球上极为丰富，在海水中亦含有大量钠离子，价格约为锂的十分之一以下，有助降低电动车生产与储能系统的成本。此外，相比锂开采，钠的提取过程更简单，对环境破坏更小，有助推动更可持续的绿色经济。