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嶺大學者研發新鈉電池數分鐘快充 成果登國際期刊

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嶺大學者研發新鈉電池數分鐘快充 成果登國際期刊
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嶺大學者研發新鈉電池數分鐘快充 成果登國際期刊

2025年09月11日 16:25 最後更新:09月12日 18:15

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。

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。

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。

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。

嶺南大學與北京大學元培學院合辦的第三屆「嶺南–元培STEM暑期學苑」,於2026年7月2日至8日舉行為期七天的實體密集訓練營及比賽。活動旨在鼓勵京港兩地青年結合前沿科學創新與人文精神,將創意思維轉化為兼具社會責任與現實可行性的商業解決方案。

在暑期學苑的焦點活動「STEM項目路演大賽」中,30名學生組成五支跨校團隊,展示多個以科技驅動、既具商業可行性又以社會價值為先的商業模式。經過多輪原型製作、答辯及評審,最終由團隊「觸安」脱穎而出奪得冠軍。該團隊設計的是一款融入包容性理念的首創經期側漏應急系統,名為「三合一」生理應急包,體積僅約袋裝紙巾大小,極具便攜性。產品內含三大創新設計:時尚應急遮擋半截裙、防漏衞生座墊,以及防異味生理密封袋,填補了市場在「漏後自救」領域的空白,致力消除女性的隱形焦慮,推動無障礙產品普及化。該項目的導師為聯合國嶺南大學人道創新及科技中心首席設計師盧俊光先生。

奪冠學生團隊隊長、來自嶺大社會企業與創新管理文學碩士課程的應屆畢業生李欣穎分享獲獎喜悦時表示,對贏得比賽感到非常激動,很高興付出得到肯定。她認為得獎關鍵在於團隊合作,每位團員都用心對待比賽,互相分享想法。下一步,團隊希望產品能獲得國際化標準及不同認證,並發掘投資合作伙伴,將項目落地。奪冠隊伍除獲頒「美國嶺南基金會冠軍獎金」50,000港元外,更有資格競逐高達500,000港元的「美國嶺南基金會原型基金」,以資助將其產品原型推向市場。

其他獲獎項目亦涵蓋多個創新領域:亞軍為多模態AI語言口語專業測評與診斷平台「Fluency Auditor」;季軍是針對輕度認知障礙的長者人工智能認知訓練裝置;兩項優異獎則分別為AI配對平台「滴搭」,以及低成本的智能蚊蟲實時監測裝置及其配套系統。

本屆暑期學苑秉承嶺大「作育英才,服務社會」的校訓,聚焦「以人為本」的科技發展。來自人工智能、數據科學、文科、商科、社會科學及跨學科研究等不同學術背景的精英學生,組成京港跨校團隊,共同應對社區、健康及環境等迫切挑戰。嶺大學術暨教務副校長及林文贊科學計算講座教授陳漢夫教授,以及北大元培學院團委常務副書記柴騰先生出席了活動。賽事評審團則由智慧城市聯盟副會長秦仲宇博士、Social Impact Partners執行董事李鸝女士,以及香港科技園高級項目經理(人工智能及數據)林少華先生組成。

評審團在總結參賽者整體表現時指出,今年同學最與眾不同之處,在於他們能夠超越單純的盈利考量,而是「為理念而編碼」(code for a cause)。這群青年創新者不僅展示了卓越的技術才華,還對所選問題中的「人性因素」進行了深入研究,令評審留下深刻印象。評審團認為,嶺南大學與北京大學之間的協同效應顯而易見,完美地將高水平的數據智能,與務實及社區優先的思維相結合。

嶺大學術暨教務副校長陳漢夫教授致閉幕辭時,對參賽者和主辦方表示讚賞。他提到,每位參賽者的投入、創意與毅力令人深感鼓舞,這次嶺南大學與北京大學元培學院的跨校合作得以順利舉行,有賴兩校教職員和項目導師的通力協作。他強調,對同學來説,在他們眼中所有人都是贏家,最重要是能夠實踐所學,展示如何利用科技和人文價值為社會帶來正面改變,並寄語學生鋭意進取,成為未來具有社會責任感的領袖。

北大元培學院黨委書記李喆先生在比賽閉幕式上透過視頻致辭時指出,在過去一周裡,該校學生將「尚自然,展個性」的元培精神帶到香港,也將博雅教育的人文温度融入了STEM的創新實踐。他們用行動證明,真正的創新從來不是技術的堆砌,而是對人類社會需求的深刻回應。李喆寄望這份跨越京港的友誼與合作能為同學們播下創新的種子,期待大家在未來的學習和工作中,繼續保持對科學的熱忱與對社會的關懷,成為兼具技術能力與人文素養的時代領軍人才。

「嶺南–元培STEM暑期學苑」自2024年創辦以來,已發展成為深化跨校合作與人才培養的重要平台。學苑旨在進一步促進教育、科技與高素質人才培養的融合發展,並積極推廣「留學香港」品牌。本屆獲獎項目精準切中真實的社會痛點,充分證明學生將STEM知識植根於現實生活場景的能力。

2026年「嶺南–元培STEM暑期學苑」比賽部分的冠軍團隊「觸安」 嶺南大學學術暨教務副校長及林文贊科學計算講座教授陳漢夫教授(右一)、北京大學元培學院團委常務副書記柴騰先生(左一)及評審合照留念。

2026年「嶺南–元培STEM暑期學苑」比賽部分的冠軍團隊「觸安」 嶺南大學學術暨教務副校長及林文贊科學計算講座教授陳漢夫教授(右一)、北京大學元培學院團委常務副書記柴騰先生(左一)及評審合照留念。

冠軍團隊「觸安」展示其首創的經期側漏應急系統,填補市場在「漏後自救」領域的空白,致力於消除女性的隱形焦慮。

冠軍團隊「觸安」展示其首創的經期側漏應急系統,填補市場在「漏後自救」領域的空白,致力於消除女性的隱形焦慮。

冠軍團隊「觸安」展示其首創的經期側漏應急系統,填補市場在「漏後自救」領域的空白,致力於消除女性的隱形焦慮。

冠軍團隊「觸安」展示其首創的經期側漏應急系統,填補市場在「漏後自救」領域的空白,致力於消除女性的隱形焦慮。

「Fluency Auditor:多模態 AI 語言口語專業測評與診斷平台」團隊從智慧城市聯盟副會長秦仲宇博士(左一)手中接過亞軍獎座。

「Fluency Auditor:多模態 AI 語言口語專業測評與診斷平台」團隊從智慧城市聯盟副會長秦仲宇博士(左一)手中接過亞軍獎座。

「長者人工智能認知訓練裝置(輕度認知障礙) 團隊獲Social Impact Partners執行董事李鸝女士(左一)頒發季軍獎座。

「長者人工智能認知訓練裝置(輕度認知障礙) 團隊獲Social Impact Partners執行董事李鸝女士(左一)頒發季軍獎座。

香港科技園高級項目經理(人工智能及數據)林少華先生(左一)頒發優異獎予「滴搭(AI配對平台)」及「低成本的智能蚊蟲實時監測裝置及其配套系統 兩支團隊。

香港科技園高級項目經理(人工智能及數據)林少華先生(左一)頒發優異獎予「滴搭(AI配對平台)」及「低成本的智能蚊蟲實時監測裝置及其配套系統 兩支團隊。

香港科技園高級項目經理(人工智能及數據)林少華先生(左一)頒發優異獎予「滴搭(AI配對平台)」及「低成本的智能蚊蟲實時監測裝置及其配套系統 兩支團隊。

香港科技園高級項目經理(人工智能及數據)林少華先生(左一)頒發優異獎予「滴搭(AI配對平台)」及「低成本的智能蚊蟲實時監測裝置及其配套系統 兩支團隊。

嶺南大學學術暨教務副校長及林文贊科學計算講座教授陳漢夫教授在「STEM項目路演大賽上致辭。

嶺南大學學術暨教務副校長及林文贊科學計算講座教授陳漢夫教授在「STEM項目路演大賽上致辭。

北京大學元培學院黨委書記李喆先生發表視頻閉幕致辭。

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