鋰空氣電池大突破,延長電池壽命朝商業應用邁進

發佈日期: 2018 年 04 月 10 日 14:53 | 作者: | 分類: 產業資訊

鋰離子電池為當今最常見與應用最廣電池,從手機到鋰離子發電廠都有他的身影,目前仍有不少研究單位與廠商尋求更安全、便宜與有效的電池。

美國伊利諾大學芝加哥分校(UIC)與阿貢國家實驗室近日則成功研發出超越鋰離子電池性能的電池,該電池名為鋰空氣電池(lithium-air),利用空氣的氧氣與鋰離子進行反應,大幅降低電池重量,且可達到 750 次穩定循環。

鋰空氣電池並非全新概念,利用鋰金屬與空氣中的氧產生過氧化鋰(lithium peroxide),充電時則是將過氧化鋰分解回鋰金屬和氧。但過往研究皆難以提升循環次數與無法將技術帶離實驗室。

以前的鋰空氣電池可說是鋰氧電池。假如鋰離子與空氣中的二氧化碳、水蒸氣接觸,會在陽極形成副產品(byproducts),進而降低電池性能,需要實驗室製造純氧環境或是氧氣罐進行發電,因此無法進一步將電池用在電動車或是 3C 產品。

為了解決此問題,團隊開發新型電解液,並在鋰陽極包覆一層碳酸鋰(lithium carbonate)層,可以防止陽極與其他氣體反應而劣化,新型混合電解液也讓電池可透過空氣充放電。

鋰空氣電池的陰極是空氣進入的地方,氧氣與其他空氣會透過海綿狀的碳基晶格結構進入電解液,而團隊將二硫化鉬(MoS2)催化劑塗在晶格上,並將離子液體(ionic liquid)與二甲基亞碸(DMSO)混合成新型電解液,促進鋰氧反應的同時,也防止鋰與其他氣體結合。

研究測試中,該電池在 700 次充放循環後仍可保持高效率運作,遠遠超越先前技術。UIC 助理教授 Amin Salehi-Khojin 表示,其電池儲存容量約為鋰離子電池的三倍,如果研究順利,很容易就可以達到五倍之多。

Salehi-Khojin 指出,團隊目前已重新設計電池每一部分,結構全面改革讓鋰氧反應得以順利進行,並延長電池的壽命,而這項發現為「超越鋰離子電池」的第一步,但如要進一步達成商業化,還有許多研究得進行。

該研究是由 UIC 團隊建立、測試與分析電池特性,阿貢國家實驗室、UIC 和加州州立大學(CSU)則攜手進行電腦分析。目前該研究已發表在《Nature》。(文/DaisyChuang)

(圖片來源:UIC

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