加速尋找鋰離子固態電池材料,麻省理工研發晶體結構分析法

發佈日期: 2018 年 03 月 28 日 15:01 | 作者: | 分類: 產業資訊

為了讓鋰離子電池更加安全與穩定,麻省理工學院 W.M. Keck Microscopy Facility 一直在嘗試研發固態電池,並試圖了解電池材料的基本原理(fundamental principle),而該學院的新研究可望加速尋找鋰離子固態電池材料,並能進一步提升電動車與智慧型手機續航力。

目前鋰離子電池大多使用有機溶劑當作電解液,雖然能量密度高、充放電速度快,但具有不穩定,可能哪天會自爆的風險,因此各國與研究機構不停在尋找兼具高能量密度與安全性的替代材料。

W.M. Keck 能源教授邵陽表示,目前擁有許多潛力固態離子電導體(ion conduction),但其在接觸正極或負極之後穩定性都不高,因此新材料必須要擁有離子遷移率(ion mobility)與低電極反應,但這兩項特性往往互斥。

麻省理工團隊與其他 13 位國際研究員為了加速找出合適材料,研發一個可分析材料晶體結構(crystal lattice)的方法,可分析材料熱量與聲子(phonon)穿透性,而這是鋰離子導體是否有效的指標。

邵陽表示,只要能知道材料的振動頻率(vibrational frequency),就能預先了解新材料的化學屬性與可能的實驗結果。研究人員也發現,晶格特性與鋰離子材料導電性呈正相關。新方法可以藉由調高離子遷移率,提升充放電速度,也可以降低電極與材料的反應,大大延長電池的壽命並增加穩定性。

且該方式不僅能識別材料,還能調節鋰元素的振動特性,可利用化學替代物或滲染劑(dopants)微調節原子結構,進而提高電池性能、電池容量與安全性。

邵陽指出,團隊已耗時五年研究此方法,原先研究以水分解催化劑為主,並將其該念用於離子電導,這一過程不僅是電池運作核心,也可以用於燃料電池與海水淡化。目前該方法也被用於研發替代儲能設備與電化學,像是固體氧化物燃料電池、薄膜海水淡化(membrane based desalination systems)或製氧反應等。

研究獲得 BMW、美國國家科學基金會(NSF)及美國能源部支持,並發表在《自然與環境科學(Energy and Environmental Science)》。(文/DaisyChuang)

(首圖來源:麻省理工

announcements 線上投稿     mail 列印
Share