電動車及電子產品普及使用鋰電池，但其開採及銷毀過程對環境造成的負面影響備受關注。嶺南大學跨學科學院的學者及合作研究團隊近日在國際能源材料領域的頂級學術期刊《先進能源材料》（Advanced Energy Materials）網上發表的最新研究，提出突破性的新型「無負極鈉電池」技術，透過改變鈉電池內的電解液鹽濃度，能減低快速充電時容易出現短路及電池壽命短的問題。此新型電池在實驗中顯示，能夠在短短數分鐘內完成充電，同時能保持安全和穩定性。
無負極鈉電池的充放電狀態示意圖。充電時鈉金屬沉積在鋁集流體上，放電時鈉回到正極。
學術界近年積極研究以「無負極鈉電池」（又稱「無儲庫鈉電池」）取代鋰電池的可能性（圖一），但其商品化的一大障礙是由於鈉金屬較「軟」，在高速充電時容易出現短路，導致電池壽命縮短，甚至有機會發生安全事故。
電荷轉移與鈉離子擴散控制條件下的鈉沉積示意圖。在電荷轉移控制條件下鈉離子（Na+）供給充足，鈉金屬在鋁集流體上沉積均勻。在擴散控制條件下鈉離子匱乏，鈉金屬沉積不均勻，導致電池短路。
由嶺大跨學科學院與清華大學、北京理工大學的學者組成研究團隊，揭示鈉電池安全問題的關鍵控制步驟，在於控制鈉離子沉積的「物理機制」⸺團隊透過適度調整鈉電池內的電解液鹽濃度，成功將鈉沉積過程由既有的「擴散控制」，轉為「電荷轉移控制」（圖二）。該方法能大幅降低電池充電過程中短路的風險，提升電池的穩定性與壽命。此外，該新型電池在完全放電時不含金屬鈉，從而減低生產與運輸的安全隱患。
實驗室測試證明，當新型「無負極鈉電池」的電解液鹽濃度提升後，其鈉離子供應更充足，令鈉沉積過程變得平穩，其承受高速充電的能力提升至大於 20 mA cm⁻²，在 10C 的快速充電下仍保持良好性能，並在數分鐘內完成充電，超越目前商用鋰電池普遍 1C 至 2C 的充電速度；在 500次循環充電後，仍保持超過七成電容量。
研究團隊指出，這項突破性發現為「無負極鈉電池」的實際應用奠定基礎，期望未來進一步將實驗模型推展至規模化應用於電動車、可再生能源儲能如風電、太陽能等，以至日常消費電子產品。
論文的共同通訊作者、嶺大跨學科學院副教授李亮亮教授。
該論文的共同通訊作者、嶺大跨學科學院副教授李亮亮教授表示：「全球社會高度依賴電動車及電子產品，但由於鋰金屬資源主要集中於少數國家，成本上升等，其開採過程亦造成土地破壞及水資源污染。團隊成功研發的新型無負極鈉電池，使用了地球資源更豐富、成本更低的鈉取代鋰，在資源與環保方面更有優勢，為全球能源轉型提供切實可行的新方案。鈉元素在地球上極為豐富，在海水中亦含有大量鈉離子，價格約為鋰的十分之一以下，有助降低電動車生產與儲能系統的成本。此外，相比鋰開採，鈉的提取過程更簡單，對環境破壞更小，有助推動更可持續的綠色經濟。」
李亮亮教授進一步表示，香港近年積極推動「碳中和」與電動車普及，本次研究亦回應了香港以至全球在能源轉型過程中的迫切需求，有潛力為市民提供更便宜的綠色出行方案，並減少對進口鋰資源的依賴。嶺大近年持續推展跨學科研究與創新項目，針對氣候變化與潔淨能源轉型等全球性挑戰提出解決方案。本次跨學科研究結合了材料科學、化學工程與機械工程的最新研究成果，與聯合國可持續發展目標中「經濟適用的清潔能源」（SDG 7）及「氣候行動」（SDG 13）互相呼應。
