致力於提升鈉離子電池性能,研究團隊研發新型鈉固態電解質

發佈日期: 2018 年 04 月 11 日 17:40 | 作者: | 分類: 產業資訊

電解質(electrolyte)是電池傳遞鋰離子的關鍵材料,現今市面上鋰離子電池多採用液態鋰基電解質,但液態電解質容易燃燒,可能面臨爆炸風險。基於此原因,美國西北太平洋國家實驗室(PNNL)與賓州州立大學(PSU)著手研發固態電解質電池,並發現鈉基材料可用於固態電池中。

由於地球上鈉含量比鋰礦豐富,且其與鋰離子具有相似的運作模式,近年來不少研究者逐漸關注鈉離子電池,並認為該電池未來可望比鋰離子電池更加便宜有效,且安全疑慮更低。

團隊研究開發出由鈉、磷、錫和硫組成的正方晶體結構,這些具有離子導電性材料讓電池可藉由晶體缺陷來傳遞離子,PSU 機械與核能工程研究員 Zhaoxin Yu 表示,材料耐熱程度高,液態電解質被加熱至攝氏 150 度時可能會起火,或是膨脹發熱導致內部零件損毀,而該材料可承受攝氏 400 度高溫。

研究指出,該材料在室內溫度下離子導電率(ionic conductivity)也已達到當今鋰離子電池的十分之一,而團隊最大突破在於發現晶體結構缺陷的具體組態(configuration)。PSU 材料科學與工程教授 Shun-Li Shang 表示,團隊發現材料的新結構之餘,也找出打造新型鈉超離子導體(superionic conductor)的捷徑。

研究透過協同設計(collaborative design)製程,確定不同晶體結構與材料不一致如何影響結果。PSU 材料科學與工程教授 Zi-Kui Liu 指出,如果沒有這套製程設計,研究將難以突破。計算與實驗方法使團隊能分析不同材料性能,讓研究員明白實驗得加強控制離子傳輸(ion transport),讓團隊更容易設計下一輪實驗方法。

團隊希望可藉由此實驗加速固態電池研發,認為該材料具有高離子導電率與低晶界電阻(grain boundary resistance)優勢,是個良好的鈉固態電池潛力材料,目前該研究已發表在《Nano Energy》。(文/DaisyChuang)

(首圖來源:PSU

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