清华携手利物浦大学 钙空气电池有新突破

金属空气电池以其能量密度高、环境友善及低成本的优势，成为最具潜力的电动车供电来源之一。清华大学与英国利物浦大学合作研究，发现一种新型的电荷储存机制，突破了过去钙空气电池无法重复充放电的限制。因钙在地表的蕴藏量极高，空气中的氧也可无限取得，这项研究成果将为开创永续电池科技迈出一大步。

清华大学化工系讲座教授胡启章指出，目前普遍使用可重复充放电的锂离子电池因载电量有限，且高电压锂离子电池有易爆炸的危险，但钙空气电池具有体积小、能量密度高的优点，可提供电能是传统锂离子电池的5倍，不过因只能一次性放电，无法再次充电，研究陷入瓶颈。

参与研究的清华与利物浦双联博士生卢奕廷在清华完成第1年的博士学业后，于2018年9月进入利物浦大学的史蒂芬生再生能源中心，在教授哈威克（Laurence Hardwick）的指导下，接手之前未能完成的钙空气电池电解液研究。

「没想到我第1次进实验室，做了100个充放电循环，就得到了与过去截然不同的结果。」卢奕廷发现，对单一电极进行充放电循环时，前2、3次的确无法充放任何电能，但当他持续循环数十次以后，却发现系统竟可逐渐充放部分电能。

接下来的1年多，卢奕廷与研究团队不断讨论、重复验证，找出这个令人兴奋的新现象背后机制，在于钙离子会在正极找到了新路径，使电池内部可重复氧化、还原，就能连续充放电。这项研究的新发现也为钙空气电池带来前所未见的可充电性。

这项研究已登上最新一期的国际顶尖期刊《化学科学》（Chemical Science）。第一作者为卢奕廷，由利物浦大学化学系教授哈威克与清华大学化工系讲座教授胡启章共同指导，另一位利物浦博后研究员尼尔（Alex Neale）也参与研究。