科學家們已經成功提升氯離子在固體材料中的運動速度，增幅可達 10,000 倍，推進了基於海水的電池研發，以實現大規模可再生能源儲存。這支國際團隊由來自瑞士、加拿大和美國的研究人員組成，通過添加少量鈣、鎂或鍶，對氯氧化鈰進行了改良。這些改變顯著提高了氯離子的導電性，這是阻礙氯基電池實用化的主要障礙之一。此項研究可能有助於拓展除鋰以外的電池選擇，因為鋰目前主導著能源儲存技術，但面臨著日益增長的需求和供應問題。
與鋰不同，氯的資源十分豐富，並可直接從海水中提取。研究人員相信，氯離子電池未來有潛力支援儲存由風力發電機和太陽能發電廠產生的電力的電網規模儲存系統。
氯離子電池的技術突破將推動可再生能源的發展
建立離子高速公路是氯離子電池面臨的最大挑戰之一，因為氯離子在固體材料中的運動速度較慢。由於其相對較大的尺寸，使其在電池電解質中移動困難，這降低了能量儲存的性能。為瞭解決這一問題，研究人員改變了氯氧化鈰的原子結構。這些改良創造了更簡便的通道，以促進氯離子在材料中的運動。根據團隊的説法，鈣的影響最為顯著，氯離子的導電性相比未改良的材料增加了多達 10,000 倍。
研究人員利用加拿大光源（CLS）在薩斯喀徹温大學的超亮 X 射線，來理解結構變化如何改善離子傳輸。分析顯示，添加的元素使晶體結構變得更柔軟，從而允許氯離子在固體電解質中更自由地移動。
ETH 蘇黎世的教授、瑞士保羅·謝勒研究所電池科學實驗室負責人薩爾巴吉特·班內吉（Sarbajit Banerjee）表示：「我們並不是希望完全取代鋰離子電池，但在未來數十年內，我們需要其他解決方案，以滿足全球數百太瓦時的巨大需求，這使得有效利用太陽能和風能成為可能。」研究人員強調，這項技術仍處於早期階段。該研究並未展示完整的氯離子電池，而是建立了一個有前景的電解質平台，可能支援未來的電池開發。
參與研究的博士生程晶翔（Jingxiang Cheng）表示：「我們正在探索未知的領域。我們正在擴展電池領域的視野，希望利用這個平台進一步發展，探索鋰離子電池不太擅長的領域。」
團隊認為，隨著可再生發電擴張，對能源儲存的需求將持續增長，因此必須尋找替代的電池化學技術。班內吉指出，該項目旨在為未來可支援大規模能源儲存的更可持續電池技術奠定基礎。研究人員還特別感謝 CLS，尤其是其 VLS-PGM 光束線，提供了理解材料在原子層面行為所需的測量。該研究已發表於《ACS 應用能源材料》期刊。
項目 規格 導電性增幅 10,000 倍
