以牛郎織女妙喻陰陽離子,中國加速發展低成本雙離子電池

作者 | 發布日期 2019 年 04 月 02 日 11:53 | 分類 能源科技 , 電力儲存 , 電池 follow us in feedly


有別於鋰離子電池只有鋰離子會參與電化學反應,雙離子電池(Dual-Ion Battery)顧名思義就是陰陽兩離子都會都會加入反應,具有工作電壓、安全性高與低成本等優勢,而近期中國科學家成功在雙離子電池有所突破,加速該電池商業進展。

鋰離子電池為電池儲能技術龍頭,廣泛用於 3C 電子產品與電動車,然而隨著電動車與電池儲能系統需求量逐年提高,避免鋰礦與鈷礦供應短缺,以及為打造更強大的電池,現在有愈來愈多科學家正另尋其他技術。

其中中國科學院深圳先進技術研究院(SIAT)科學家相當看好雙離子電池,有別於鋰離子電池主要依靠鋰離子在陰陽兩極之間移動來運作,科學家或許秉持兩人合力、事半功倍的精神,透過全新的結構讓陰陽倆離子都加入反應。

在雙離子電池結構設計中,電極的配置也有所不同,通常科學家以廉價、易取得與高電導石墨取代鈷酸鋰、磷酸鐵鋰等,當成陰極材料,而 SIAT 對雙離子電池運作模式更有獨到見解,他們拿牛郎與織女來比喻陰離子與陽離子。

團隊指出,充電時陰極會發生嵌入反應(intercalation reaction),陰離子會通過電解質中的離子通道嵌入陰極,這種新型反應可提高工作電壓。而在充放電過程中,陰陽兩離子會在電解質中分離並再相會,這一部分就很像牛郎與織女得經過銀河鵲橋才能相遇。

雙離子電池發展狀況

先前中國科學院唐永炳團隊已在 2016 年研發鋁─石墨雙離子電池,大幅降低電池體積與成本之於,也改善離子與電荷傳輸效率,此次則再加以改良技術,成功解決舊有雙離子電池的穩定性難題。

該團隊為了避免鋁電極膨脹所產生的應力集中挑戰,將活性材料鋁與非活性材料銅共同沉積,開發出全新的鋁陽極,進一步提高電極穩定性。唐永炳團隊研究指出,在 200 次充放電之後,電池容量仍可維持在 88%。

與此同時 SIAT 也正進行另一項雙離子電池實驗,看好鹼金屬離子電池的潛力,他們也研發出既環保、成本又低的鈉雙離子電池與工作電壓更高的鈣雙離子電池,希望能加速雙離子電池技術的研發進度。

(首圖來源:中國科學院