連比爾蓋茲都投資-潛力無窮的蓄電容器
在當今追求清潔能源和環境可持續性的時代,科學家和工程師們正在尋找創新的能源解決方案。在這個探索的旅程中,空氣電池脫穎而出,成為引人注目的技術。空氣電池是一種利用空氣中的氧氣和金屬之間的化學反應來產生電力的電池。它被視為未來能源領域的一個潛力巨大的候選者,帶來了令人興奮的前景和應用可能性。
什麼是空氣電池?
空氣電池是一種使用空氣中的氧氣和金屬(通常是鋅)之間的化學反應來產生電力的電池。它是一種環保和可再生能源的解決方案,因為它不需要使用有害的化學物質或重金屬。目前較受矚目的空氣電池類別有:鋰空氣電池、鎂空氣電池、鋁空氣電池以及鋅空氣電池,空氣電池的工作原理是通過將金屬極(陰極)和空氣中的氧氣(正極)分隔開,並使用電解質作為媒介來進行電子傳導。當氧氣進入正極時,它會與金屬極上的水或其他反應物質產生化學反應,釋放出電子。這些電子通過外部電路流動,產生電流,從而供應電力。
空氣電池特殊在哪裡?
相比傳統型乾電池、鹼性電池與鋰電池,空氣電池有著更多不同次元的優點。首先,它們具有高能量密度,可以提供相對較長的使用時間,麻省理工學院報告認為,鋰空氣電池的比能量(氧化金屬時可以儲存的能量)約為鋰離子電池的50倍,想想你的手機若可以擁有比現在還要長50倍的待機或使用時間,就足以讓你在短期旅遊或出差時完全不用在意充電器或行動電源放在哪裡,其次,空氣是一種廣泛存在且免費的資源,因此不需要進行經常性的充電或更換,最後,空氣電池比起其他電池來說相對較輕巧,這是因為它們不需要在內部灌注與儲存大量的化學物質,綜合以上優點,空氣電池可以說是最環保也最符合現代人使用習慣的電池。
空氣電池為何無法成為主流?
雖然空氣電池具有許多優勢和應用潛力,但我們也不能忽視它們所面臨的一些挑戰和限制,首先,空氣電池在啟動時可能存在一定的啟動延遲。這是因為金屬極上的化學反應需要一定的時間來啟動和達到最佳效果。這可能導致使用者需要等待一段時間才能開始使用由空氣電池供電的設備,其次,空氣電池的性能容易受到外部因素的影響,特別是溫度和濕度。高溫環境下,反應速率可能會加快,導致能量消耗過快,而低溫環境下,反應速率可能變慢,影響電池的功率輸出。同樣地,濕度變化也可能影響電池的效能和穩定性,而最麻煩的一點,可能就是"幫空氣電池充電"了,以日前所發表使用鋁空氣電池來驅動的電動車說明,該電動車在跑完額定里程後,想要充電並不是安裝插頭,而是要花費當多的時間更換電池中的鋁板,而以上這些缺點,導致了空氣電池除了應用在助聽器上,幾乎沒有商用的案例。
技術再突破,比爾蓋茲也投資的"鐵空氣電池"
特斯拉前副總裁馬特奧‧哈拉米洛,在2017年離開待了7年半的特斯拉並自行創業,如今在人人到處搶資源做鋰電池的時候,哈拉米洛卻使用了地球上含量最多的便宜金屬"鐵"來做成空氣電池。
一組鐵空氣電池的體積跟一台洗衣機加烘衣機差不多,它的原理是,電池放電時吸氧,讓浸泡其中的薄鐵板生鏽,釋放電子;充電時,電流則讓鐵鏽還原,吐出氧氣。就像是讓一片鐵在吐納呼吸之間,完成充電放電。相較於鋰電池必須仰賴鋰、鈷、鎳和石墨等稀缺貴金屬的進口,且資源被中國等少數國家壟斷,牽動著美國能源安全的敏感神經,鐵卻是地球上開採最多的金屬,而且價格便宜。
由哈拉米洛創立的公司-Form Energy,正瞄準電網級儲能系統,並將鐵電池技術導入其中,Form Energy 表示,鐵空氣電池可提供每英畝超過 3 MW 輸出容量,儲存 100 小時或更長時間的能源。Form Energy 也獲得許多企業大佬的資助,包括比爾蓋茲的 Breakthrough Energy Ventures 以及鋼鐵巨擘安賽樂米塔爾等,公司的總資金已逾 8 億美元。上個月 Form Energy 也宣布製造工廠選址進度順利,將耗資 7.6 億美元在美國西維吉尼亞州威爾頓市打造 55 英畝的工廠,將創造 750 個工作機會,預計將於今年時候動工,首批鐵空氣電池將於 2024 年開始規模商業化。
即便各種電池的型態、形狀、以及發電方式各有不同,但都是同為儲存電力的一種容器,因此全新型態的空氣電池具有廣泛的應用前景,特別是在可攜式電子產品、電動車和能源儲存系統等領域。它們被視為可替代傳統鋰電池的一種清潔、經濟和可持續的解決方案。目前的研究和開發仍在進行中,以改進空氣電池的效能和壽命,並擴大其應用範圍,假以時日,我們或許真的能擁有更輕便、更環保以及更耐久的電池。