在容器中加點材料與糖、之後再加熱成焦糖色，這聽起來像是蛋糕的做法，不過這是新加坡科學家的電池電解質的製作步驟，他們聲稱這種「半固態」電解質可以有效提高鋰硫電池的安全性，讓鋰硫電池離商業化更進一步。
鋰硫電池雖然還沒出實驗室大門，但卻是備受期待的潛力能源，其重量能量密度是當今鋰離子電池的 5 倍，高達每公斤 2,700Wh，還有著重量輕、原材料豐富，不需要添加氟等優勢，許多科學團隊正投入心力大力研發。
只是目前科學家面對的挑戰堆積如山，鋰硫電池壽命短、其中的材料往往快速衰退，最後碎裂，且硫的絕緣性也都是問題。對此，新加坡科技研究局（A*STAR）的奈米實驗室透過全新的電池結構，或許能帶來突破。
這些混合陰極、半固態電解質以及特殊的橋接鍵（bridging bonds），讓硫材料有喘息的空間，其中電池材料在充放電過程中會不斷膨脹收縮，應力累積就會破壞電極結構，有學者認為，由於硫電極的儲電容量太大，以至於無法承受應力進而破裂。
新加坡科學團隊的半固態電解質就是特殊解方，該電解質為片狀結構，主要由鋰鑭鋯氧（Lithium Lanthanum Zirconium Oxide，LLZO）薄膜製成。其中 LLZO 的導電性和化學穩定性表現都不錯，製造方法也新穎，科學家首先將金屬前體與蔗糖溶在水中，之後加熱製成像是「杯子蛋糕」的焦糖色形狀，而這塊杯子蛋糕還要再繼續加熱，最後形成注液（liquid-infused）多孔薄膜，成為電解質的框架。
傳統的固態電解質都會出現材料過硬、易碎，電極與電解質接觸不良的問題，固態電解質的高電阻也會降低電池性能，而新型的半固態、3D 的電解質不會上述問題，可以防止材料破裂，提高電池的穩定性、安全性與性能。
電池的結果也符合期待，在 1°C 與 2°C 溫度下充電密度為每公克 515 和 340 mAh，電荷密度則是每平方公分 1.5mg。帶領團隊的 Jackie Y. Ying 教授表示，半固態電解質是可行的折衷方案，團隊已經重新設計固態電解質的微觀結構，不僅排除電解質外洩問題，也滿足熱穩定性與機械穩定性。
團隊還認為，這種獨特的電解質架構也可以應用在其他電池上，目前研究已發表在《Nano Energy》。
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- SAFER HIGH-PERFORMING BATTERIES WITH NANOBIO LAB’S ‘CUPCAKE’ ELECTROLYTE
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（首圖來源：shutterstock）
