英打造石墨烯─混合金屬奈米陽極,讓鋰電池性能更上一層樓

作者 | 發布日期 2018 年 12 月 22 日 8:15 | 分類 材料、設備 , 電池 follow us in feedly


為了讓鋰離子電池性能更上一層樓,科學家們正孜孜不倦研究新電極與電解質材料,像是奧地利維也納大學便透過石墨烯與混合金屬氧化物打造全新的奈米結構陽極,有助延長電池壽命與提高電池容量,讓將來的消費者可使用效能與壽命兼具的電池。

鋰離子電池具有能量密度高、循環壽命長和無記憶效應等優點,除了是目前 3C 設備最常見的電池,也常用於再生能源電池儲能系統與電動車,而許多學者也不斷尋找活性電極材料,希望能進一步提升電池的性能與壽命。

目前傳統電池陽極多採用石墨等碳材料,這是因為金屬化合物雖然可提升電池容量,但存有不穩定與電導性差等缺點,維也納大學無機化學功能材料系博士 Freddy Kleitz 指出,對此團隊提出一項解決方案,結合混合金屬氧化物和具穩定性、電導性優勢的石墨烯,這樣一來就可讓兩種材料的優點集於一身,有助提升電池效能。

團隊首先在實驗室中均勻混合銅與鎳金屬,並用孔洞奈米鑄造方式將混合金屬變成多孔混合金屬氧化物粒子,這些孔洞的高活性反應區域廣、可增加鋰離子交換範圍,最後科學家再運用噴霧乾燥法將混合金屬氧化物粒子與石墨烯封裝。

維也納大學團隊認為由混合金屬氧化物與石墨烯組成的 2D / 3D 奈米複合材料可提升電池的電化學性能,Kleitz 表示,實驗測試指出,新型電極材料可大幅提升電池的比容量,即使電流高達 1,280 豪安倍,充放電循環仍可達到 3,000 次,相較之下一般電池在 1,000 次循環之後就會失去功用。

為實現環境友善與方便未來大規模工業化,團隊也有在製程方面進行改良,與傳統方法相比,新型材料與陽極製造採用採用水基製程(water-based process),不僅過程更簡單高效,也對生態環境更加友善,有望滿足未來工業用需求。

鋰離子電池的應用相當廣泛,小至智慧型手機、筆記型電腦,大到電動車或是再生能源電池儲能系統都可看到它們的身影,而隨著環保與節能減碳意識崛起,未來鋰離子電池的重要性將會愈來愈高,若維也納大學團隊之後成功將技術帶離實驗室,將對將來各領域大有裨益。目前研究已發表在《Advanced Energy Materials》。

(本文由 EnergyTrend 授權轉載;首圖來源:維也納大學