新聞及香港科大故事

As a pioneering electrochemist and Head of the Department of Chemical and Biological Engineering, Prof. SHAO Minhua is accelerating the clean energy transition and seeking to fast forward top faculty and young talents in making their own contribution to a resource-friendly world.

Hey there! I’m excited to share my journey with you. Growing up as a beach lover, I spent countless summer days swimming, yachting, and surfing. I loved the beach, but I always hated accidentally gulping down salty water! I wondered why seawater was salty and if it could be made tasty to drink. Little did I know, this curiosity would spark my passion for energy and environmental engineering.

香港科技大學（科大）電子與計算機工程學系陳敬教授帶領其團隊，爲方興未艾的氮化鎵（GaN）基電子學研究引入重要的新成員——互補型邏輯電路。相關技術的成功實現大幅拓展了相關研究領域的疆界，有望使氮化鎵基電子器件及相關集成電路的功能與性能得到進一步提升，從而更具競爭力。 氮化鎵基電子器件已歷逾25年的研發，近年來亦開啓了快速商業化的進程，並現身於如5G無線通信基站、移動設備的小型快速充電器、激光雷達等應用場景。在不久的將來，能夠提供極高效率與功率密度的基於氮化鎵的功率轉換、電源管理系統有望被應用於諸多湧現中的新型應用，如數據中心、無人駕駛、電動汽車、無人機、機器人等。所有這些應用既相當耗電，又需要供電模塊盡可能緊湊，這恰是氮化鎵基功率電子產品相對於傳統矽基半導體產品的優勢所在。爲了充分發掘氮化鎵的潛能，獲得更爲智能、穩定、可靠的電源系統，學界與業界在過去十餘年間一直在尋找、開發合適的技術平台以實現功率開關和各個外圍功能模塊的高度集成。其中，邏輯電路在爲外圍電路中廣泛存在，並扮演重要角色。 佔據當今半導體產業的統治地位矽基微電子與集成電路的經驗表明，互補型邏輯電路是製備大規模集成電路的最優拓撲。「互補（C）」，意味著電路由兩種具有相反控制邏輯的晶體管組成，一類擁有n型導電溝道，另一類則是p型溝道。因爲主流矽基互補型電路中的晶體管柵極爲金屬（M）-氧化物（O）-半導體（S）結構，所以更廣爲人知的名稱是「CMOS」。這樣的拓撲可以帶來諸多好處，其中最引人注目的是它極低的靜態功耗。因爲控制邏輯相反，所以在任何一個邏輯狀態下，總有一類器件處於關斷狀態，從而有效阻斷電流、顯著降低功耗。然而，由於高性能p溝道氮化鎵晶體管不易獲得，與n溝道器件的集成亦困難重重，基於氮化鎵的互補型邏輯電路的研發進展緩慢。

嶄新陰極設計顯著提升新一代鋰硫電池性能，智能手機、電動車及無人機可更長時間使用

由香港科技大學（科大）領導的跨學府研究團隊，成功研製了一種環保充電液體燃料。計劃全面成功後，將對全世界產生革命性的影響，包括把電動車的充電時間由數小時縮短至數分鐘。 電燃料如果以太陽能或風能充電，就會具 「碳中和」的優點；像化石燃料一樣，它可以很方便地輸入電網，或輸入車輛內。 這研究名為「用於可再生能源供電站及電動汽車的電燃料儲能技術基礎研究」，由科大的趙天壽教授領導；其他團隊成員來自香港大學、香港中文大學及香港理工大學。 趙天壽教授為張英燦工程學及環境學教授、機械及航空航天工程學系講座教授、以及科大能源研究院院長。這為期五年的研究計劃（2018 至2022）由研究資助局的主題研究計劃資助，資助額為5000萬港元。 趙教授解釋說：「我們成功研發了一個穩定的鋰硫電池，因為它的高能量密度和低成本，它既可以為電動車供電，也可以為電網儲存來自太陽能和風能的電力。」 「最讓我們興奮的是我們能夠將鋰硫電池轉化為液態系統，或稱為電燃料。」 用傳統充電方式為汽車充電，通常需要幾小時，但使用電燃料則只需幾分鐘。由於它可再充電，電燃料不會像化石燃料那樣越用越少。在充電站，耗盡能源的燃料從燃料缸移走，然後補充載有能源的燃料。  電燃料系統的運作是基於鋰硫電池的化學原理 – 利用鋰金屬的高容量以及硫陰極的廉宜價錢。雖然研究團隊已取得重要成果，但仍有挑戰要克服。首先，在鋰表面形成的枝晶可能會縮短電池壽命。其次，釋出的硫會溶解，並且破壞鋰陽極。 「一個解決方案是形成有表面保護的多孔鋰陽極，而此類方案以前都是通過不切實際、繁雜的方式實現，」 科大團隊另一成員 – 機械及航空航天工程學系助理教授陳擎解釋道。「我們讓熱力學為我們服務。利用兩個自發反應，我們在一個碳支架上形成一個多孔鋰陽極，並在上面形成複合保護層。」 這簡單而有效的方法，讓一個高負載鋰硫電池發揮前所未見的表現。負載 – 即裝置上每面積單位的活性材料 – 必須維持高水平，才能將理論上的高性能最終可以轉化為一個實用高效的儲能技術。