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標題: 科學家研發氧化鐵電池有望取代鋰電池 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2023-8-26 12:39 AM 標題: 科學家研發氧化鐵電池有望取代鋰電池

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　　隨著風能﹑太陽能的不斷發展﹐人們對於儲能電池的需求也在增加﹐但常見的鋰電池製造成本過高﹐人們希望尋找更好的替代品。近期美國一所大學利用氯離子強化了氫氧化鐵電池的性能﹐這種電池有望取代鋰電池的地位。
　　鋰電池成本高昂的主要原因﹐在於製造時需要用鈷﹑鎳金屬作為電極材料﹐而這些材料又產於特定國家地區﹐因此對一些企業和國家來說是件壞事。過去科學家開發的「鎳鐵鹼性電池」﹐擁有高存儲容量和長壽命循環。其正極材料為鎳氧化物和氫氧化物﹐但含鐵的負極在經過長時間充放電後會被氧化成為四氧化三鐵(Fe3O4)影響電池性能﹐導致該電池的固定儲能出現障礙和下降。因此﹐解決該問題成為科學家們的主要研究目標。這次擁有近160年歷史的美國伍斯特理工學院(Worcester Polytechnic Institute﹐WPI)﹑阿拉巴馬大學(University of Alabama)和布魯克海文國家實驗室(Brookhaven National Laboratory)等組成了團隊來研究開發鐵電池。
　　研究團隊最終用氯離子強化氫氧化鐵﹐做出高效的新型鐵電池﹐讓其有望成為高存儲容量和長壽命的可循環電池。這項新發現寫成報告﹐於8月初發表至《美國化學會材料科學》雜誌。該團隊經過分析發現﹐使用這種方法做出來的綠鏽在電極中的Fe(OH)2/FeOOH單電荷轉移反應高達64.7%﹐比過往一些類似的單電荷轉移反應高出許多﹐同時也提高電池的循環穩定性。
　　研究人員透過多種設備和方法去分析和觀察電池中的電解液中的氫氧化鈉和氯化鉀與氫氧化鐵之間的反應結果﹐看到氫氧化鐵在氫氧根離子(OH-)的作用下會轉變成四氧化三鐵和鐵氧化物(FeOOH)﹐而氫氧化鐵和氯離子則形成綠鏽﹐但綠鏽再次經過氫氧根離子被還原成鐵氧化物。
　　研究團隊發現﹐這種化學反應體現出電極具有高度的可逆性﹐能讓電池中的化學物質達到有效的循環利用。此外﹐他們還發現﹐添加氯化鉀能讓放電容量提高30%和增強循環穩定性。實驗發現氧化鐵電池在含有氫氧化鈉和氯化鉀的電解質中﹐即使全電池在經過400次的充放電循環﹐還依然有90%的蓄電能力。這遠比只有氫氧化鈉電解質的氧化鐵電池在循環400次後的電池容量高。
　　研究報告最後表示﹐這種容量的提高得益於氯離子插入氫氧化鐵中﹐使得鐵氧化物的轉化反應變得更加有效率。這次的研究成果可能會為「鐵鏽」能夠用於電網中的鹼性儲存電池找到一條全新的途徑。不過﹐研究團隊提到﹐目前尚未計算做出該種電池所需要花費的成本﹐但這種電池使用地球上豐富的材料鐵和鹽﹐能夠在投入大規模生產時有效降低生產成本。
　　研究人員解釋﹐美國每年產生超過1,500萬噸未回收的廢鐵﹐其中廢鐵以鐵鏽的形式存在﹐因此可充電鹼性鐵電池有助於將鐵鏽廢料重新利用﹐有利於代替鋰電池成為儲能電池。該研究由美國國家科學基金會和能源部(DOE)資助。

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