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2017-06-01成功大學研發天然礦電池兼具環保與低成本
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電池,是為了將與先儲存的能量在必要時轉化成可供用的電能,一般來說電池的材質大多以石墨、金屬等為主,像是鋅錳電池、鋰電池或鉛酸電池等,不過最近由成功大學材料系洪飛義教授實驗室卻發現除了這些材料外,以石頭為原料竟也能做成電池,而這項全新嘗試也已獲得臺灣發明專利。
研究團隊長期投入電池相關研究,期望透過更多新式材料為電池注入新活力,因此,洪教授在實驗室就不斷鼓勵學生進行更多方向的嘗試與研究,再經過3年不斷的研發與測試後,研發出這個創新的材料,以蛇紋石為原料的「石頭電池」。
一開始研究團隊只是嘗試著將常被用來加到電池中的鎳、鋅、鋁等金屬與鎂金屬粉末共同添加混和,做出各種不同成份 的鎂電池。進而在3年前研究團隊提出將鎂、矽粉末合成的想法,並開始進行一連串嘗試與實驗。再經過3年的研發與測試後,研發出這個創新的材料,以天然礦石當作電池材料,這種礦石稱作蛇紋石,是一種成本低、無毒性,兼具環保的材料。
而在進行不同材料測試實驗的過程中,團隊發現在這些由鎂、矽粉末所製成的合成電池中,雖然這些混和粉末的化學成分與滑石粉一樣,不過若使用一般的滑石粉是無法製作成電池,無法作為電池的正極,因此研究團隊嘗試使用較原始的滑石粉,一種被稱作蛇紋石的礦石。
蛇紋石,是一種矽酸鹽礦物群的名稱,裡面包含了有鎂、鐵、矽等金屬成份,本身就帶有少許電容量15 mAh/g,而研究團隊也考量到因蛇紋石屬天然礦石,在結構上與新製電池的要求不盡符合,因此將天然蛇紋石磨成粉末後,再進一步進行硫化處理,得到改變質地後的硫化矽酸鎂粉末,再將這些粉末經電池組裝後,確認具有像一般正極材料能充放電的特性,實驗測試後發現此電池性能能大幅提高4倍,讓電容量達到60 mAh/g。
除此之外,研究團隊也嘗試將蛇紋石磨成粉與果糖攪拌,再透過高溫氧化燒結製成碳化矽酸鎂粉,此粉末相較現今常使用的石墨負極效果更好。因此,蛇紋石除了在硫化後可做為電池正極,也可以使碳化再導入電池負極,具有雙電池的特性。
洪飛義教授也表示,由於蛇紋石數量很多,因此在價格上也便宜,甚至在經過硫化處理後的正極不會產生毒性,所以在回收廢電池時也不會有汙染的問題,對於環保而言是一大益處。而在負極方面,碳化後的負極也比目前全球所採用的石油提煉方法製成的石墨負極更具環保,在綜合這些優點之下,也期待這項石頭電池在未來能有好的發展與應用。
成功大學,〈成大材料系創新研發 天然礦電池〉,2017年5月9日。