將奈米線添入固態電解質,降低鋰離子電池易燃性

作者 | 發布日期 2018 年 05 月 03 日 8:45 | 分類 材料、設備 , 電力儲存 , 電池 follow us in feedly

從手機、3C 產品到電動車或是大型儲能電廠,鋰離子電池可說是無處不在,為當今儲能技術主流,但安全性質一直為人詬病,因此不少科學家試圖找出各式解決辦法。根據美國化學學會期刊《Nano Letters》,科學家發現奈米線(nanowires)不僅可降低鋰離子電池的易燃性,也可以增強電池性能。



離子透過電解質在電極兩端移動,而傳統的電池電解質是由鹽與有機溶劑製成,為最成熟、使用最廣泛的技術之一,但容易蒸發並可能引起火災,因此研究人員已將目光轉向固態電解質,並提出不少潛力選項。

其中聚合物電解質(Polymer electrolytes)為潛在生力軍,具有穩定、便宜與可撓等優點,不過其同時存有較差的導電性與機械性質,還無法達成商業化。因此為提升該電解質競爭力,科學家想要藉由增加化合物排列來增強電解質。

中國浙江工業大學材料科學家陶新永及其團隊便製造出硼酸鎂(Mg2B2O5)奈米線,由於該材料具良好機械性能和導電性,還是一種無污染、低毒性的阻燃劑,可提升防火碳層的穩定性,於是團隊想將硼酸鎂奈米線置於固態聚合物電解質中,研究該材料特質是否可為電池性能盡一分心力。

該團隊將聚合物電解質與分別與 5%、10%、15% 跟 20% 重量的硼酸鎂奈米線混合,發現奈米線可增強電解質導電性,且與沒有加增奈米線的電解質相比,新型電解質可承受更多應力(stress),讓電極表面更穩定。

團隊指出,離子流動加速讓電池導電率進一步提高,研究也發現該電解質不具易燃性。團隊實際將新型奈米線電解質與磷酸鐵鋰(LiFePO4)陰極與鋰陽極組合後,與舊有的電解質相比,倍率效能(rate performance)和循環容量也更高,在溫度 50°C、40°C 與 30°C 跟 0.2C 放電倍率下,循環容量為 150、106 與 50mAh g-1。

不過研究人員也表示,雖然奈米線大大提升導電率與防火性,但仍無法在室溫穩定運作,距離商業化還有一段距離,尚需要再持續研究。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:pixabay