利用複合奈米粒子打造電池陽極,電池充電速度有望翻倍

作者 | 發布日期 2018 年 06 月 15 日 14:34 | 分類 奈米 , 材料 , 電池 follow us in feedly

鋰離子電池需求與日俱增,消費者對電池技術要求也越來越高,因此為了滿足電池市場,德國能源與氣候研究所(IEK-1)研發出適用鋰電池電極的奈米複合材料,可大幅提升電池儲存容量、壽命及充電速度,有望在 1 小時內儲存 3 倍電量。



鋰電池技術發展以來,雖然跟過去相比電池性能已有長足進步,但智慧型手機電力頂多撐一天、電動車也需要續航力更久的電池,各國科學家仍努力提升電池的功率密度和充電率。IEK-1 研究員 Dina Fattakhova-Rohlfing 指出,陽極材料是提升電池性能的關鍵之一。

Fattakhova-Rohlfing 表示,一般來說科學家可用二氧化錫(tin dioxide)材料當陽極,藉此提升比容量(specific capacities),與一般碳陽極相比,二氧化錫陽極可以儲存更多能量、吸收更多鋰離子。然而錫氧化物充放電循環穩定性極差,循環幾次後電池容量就會下降。

因此科學家想利用混合材料或是奈米複合材料來打造陽極,該團隊則看中石墨烯的結構穩定性與導電性優勢,在石墨烯層上研發富含銻(antimony)元素的二氧化錫。銻─二氧化錫粒子尺寸小於 3nm,並可直接「長」在石墨烯層上,且粒子越小越能與石墨烯層接合,提高粒子對石墨烯層體積變化耐受性之餘,也能進一步提升鋰電池穩定性與壽命。

Fattakhova-Rohlfing 指出,該奈米粒子可提高材料導電性、加快陽極反應速度,與傳統石墨陽極相比,1 分鐘內可儲存的電量多 1 倍,甚至有望在 1 小時內儲存 3 倍電量。

該技術可大大提升電池充電速度,還不會損害電池容量,Fattakhova-Rohlfing 表示,充電速度越快、越容易導致電池容量減少,所以以往如果要維持高能量密度,只能降低充電率。但藉由含銻陽極,即使經過 1,000 次充放電循環,仍然可以保留 77% 電池容量。

Fattakhova-Rohlfing 指出,團隊可用簡單且富經濟效益方式生產奈米複合材料陽極,此概念也可用於其他類型的鋰電池陽極設計,研究也希望該發展可為快充鋰電池與高能量密度電池開闢道路。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:Forschungszentrum Jülich