在電極打造一條「質子高速公路」，可實現高功率電池遠景

為了讓電池既有出色的能量密度、也有不遜色的循環週期壽命，大部分人將注意力集中在鋰離子身上，但俄勒岡州立大學科學家將眼光瞄向質子（也就是氫離子）。兩個世紀前首次出現的質子跳躍化學機制，可能徹底使電動車或電網等應用邁向高功率儲能。

由俄勒岡州立大學化學系副教授 Ji, David Xiulei 領導的團隊，回顧了立陶宛化學家西奧多·格羅特斯（Theodor von Grotthuss）於 1806 年提出的電解質電荷傳輸理論：格羅特斯機制（Grotthuss mechanism），指透過氫鍵的形成，可以讓質子在水溶液中快速轉移，也有人將此機制稱為質子跳躍（proton jumping）。

質子是一種帶正電荷的亞原子粒子，在化學裡，「質子」這術語指的就是氫離子 H+。

研究第一作者 Xianyong Wu 解釋，格羅特斯機制的原理為一個氫原子連接兩個水分子時，電荷會從中移動。Ji, David Xiulei 補充說明，該過程很像牛頓擺（當最右側的球碰撞緊密排列的另外 4 個球時，只有最左側的球會被彈出，反之亦然），而格羅特斯機制描述的就是質子從水分子一端，藉由一條又一條氫鍵與 O-H 共價鍵快速位移到遙遠一方，詳細過程可參考下方動畫。

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（Source：俄勒岡州立大學）

這與液態電解質中金屬離子的傳導方式相當不同，金屬離子本身就像一台車，在溶劑中獨自從這端游走很長距離到彼端。研究人員發現，如果將這種機制放到電池電極中，則靠著分子接力賽打造出的「質子高速公路」，將成為非常有效率的充電路徑。

該團隊已在實驗中證實，應用格羅特斯機制的電極擁有極高功率性能，但為了使其進入儲能應用，下一步將還需著重在如何實現亞秒級充放電循環，這段工程之旅可能會相當漫長。不過至少研究團隊已透過理論與實驗表明，質子可能會成為最有趣的電荷載體，具有巨大潛力。

新論文發表在《Nature Energy》期刊。