澳洲皇家墨爾本理工大學(xué)(RMIT)的研究人員率先研發(fā)出了全球第一款可充電質(zhì)子電池，并表示在5~10年內(nèi)即可上市，將挑戰(zhàn)現(xiàn)有的鋰電池技術(shù)——其特點(diǎn)便是用廉價(jià)的碳和水取代了昂貴且資源稀缺的鋰材料。

最新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用酚醛樹(shù)脂制成的多孔活性炭電極能在電極中儲(chǔ)存約1wt%的氫。即使質(zhì)子電池遠(yuǎn)沒(méi)有被優(yōu)化，每單位質(zhì)量的能量已經(jīng)可以與市售的鋰離子電池相媲美，最大電池電壓是1.2伏。

其實(shí)早在2014年，RMIT團(tuán)隊(duì)就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，具有用于儲(chǔ)存氫的金屬合金電極的質(zhì)子電池可以工作，但其可逆性和可再充電性太低。此外，所使用的合金中含有稀土元素，因此它既重又昂貴。

這款質(zhì)子電池結(jié)合了氫燃料電池的優(yōu)勢(shì)是一種相當(dāng)環(huán)保的電池，且不需要金屬即可制造。而最新的技術(shù)甚至令此過(guò)程可逆，亦即可充電。在質(zhì)子電池的充電過(guò)程中，電極中的碳與生成的質(zhì)子結(jié)合通過(guò)在電源的幫助下分解水。質(zhì)子再次釋放并通過(guò)可逆燃料返回，與空氣中的氧形成水來(lái)發(fā)電。且與化石燃料不同，碳在該過(guò)程中不會(huì)燃燒或造成排放。

技術(shù)的關(guān)鍵在于，充電過(guò)程中，由可逆燃料電池中的水分解產(chǎn)生的質(zhì)子通過(guò)細(xì)胞膜傳導(dǎo)，并借助于施加的電壓提供的電子直接與存儲(chǔ)材料結(jié)合，而不形成氫氣。其能量效率之所以能與鋰離子電池相媲美，就是因?yàn)楸苊饬藲錃庖莩龊头至殉少|(zhì)子造成的損失?！彩沁@項(xiàng)技術(shù)突破最引人注目的地方。

首席研究員JohnAndrews教授指出，原有的氫燃料電池不僅很難回充，且仍然需要使用單價(jià)高昂的稀有金屬，然其研發(fā)的質(zhì)子電池技術(shù)邁出了朝向未來(lái)環(huán)保能源關(guān)鍵的一步。他強(qiáng)調(diào)，質(zhì)子電池主要是由碳構(gòu)成，與儲(chǔ)氫合金和鋰等金屬相比，是更為豐富且便宜的原料，可緩解現(xiàn)今能源儲(chǔ)存技術(shù)對(duì)稀有金屬的需求。

不僅如此其性能也相當(dāng)?shù)暮茫瑩?jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，5.5平方公分活性?xún)?nèi)表面積即可儲(chǔ)存與一般市售鋰離子電池相當(dāng)?shù)哪芰?，而且這還是未被優(yōu)化的原型。JohnAndrews表示，未來(lái)的工作將集中在通過(guò)如石墨烯等原子級(jí)薄層碳基材料進(jìn)一步提高電池性能及能量密度，并挑戰(zhàn)鋰離子電池的市場(chǎng)地位，廣泛應(yīng)用在電網(wǎng)及家庭儲(chǔ)能。甚至作為太陽(yáng)能、風(fēng)能的后備。

研究結(jié)果已發(fā)布在國(guó)際氫能雜志上，而研究室目前建立的原型是僅有1.2V的小電池，最新版本將提供集成的可充電單元。此研究有部分是得到了澳洲特種科學(xué)技術(shù)組和美國(guó)海軍研究全球辦公室的資助。