全新的鋰電池有機會轟動武林、成為「升級版」的革命性技術嗎？最近美國克萊姆森大學（Clemson University）與荷蘭台夫特理工大學（TU Delft）科學家分別研發出更輕便、充電速度更快的電池，為將下一代鋰電池開闢全新道路。
目前鋰離子電池主要採用的石墨陽極，在儲電容量已快觸頂的情況下，勢必要再尋找新方案以滿足人們用電需求，對此科學家開始嘗試矽、鋰等材料，它們可以儲存更多的電荷，代表未來若研發成功，能以過去相同的電池重量，儲存更多的電力。
不過不論是矽陽極還是鋰陽極，這些材料在充電時會膨脹，放電時又會恢復正常大小，折騰下來陽極材料的耐用性都會大打折扣，因此現在的電池還是以石墨、碳為主。
對此克萊姆森大學團隊提出的方案是用「奈米顆粒」提高電池穩定性與延長壽命，透過奈米碳管紙（Buckypaper，BP，也被稱為巴克紙），把矽奈米粒子當作巴克紙「熱壓吐司」的餡料， Podila 表示，就算裡面的矽粒子破裂，它還是好好地被夾在裡面。
（Source：克萊姆森大學）
研究團隊表示，片片相連的奈米碳管讓矽奈米粒子彼此電連接（electrically connected），形成準三維結構，經過 500 次充放電循環依然穩固。這項技術不僅可以提高電池容量，還可以用更大的電流幫電池充電，進而縮短充電時間。
其中克萊姆森大學所研發的矽陽極鋰電池，未來甚至有機會前進宇宙，為火星探測器供電。克萊姆森大學物理天文助理教授波 Ramakrishna Podila 表示，目前大部分衛星供電來源為太陽能板，但是若是人造衛星或探測器進入陰影時，這時候就需要儲能系統來支援供電，科學家也希望盡可能降低電池的體重，不然電池愈重、衛星的重量也會增加，成本也隨之攀高。
美國國家航太局（NASA）也有贊助這項研究，克萊姆森大學負責人和 NASA 研究團隊表示，矽陽極是鋰離子電池研究界的「聖杯」，很快地，矽陽極就會進入電動車領域，下個目標便是與產業合作，讓產品跨出實驗室大門、進入市場。
鋰陽極潛力備受看好
而最近鋰電池另一項電池「聖杯」也有所進展，荷蘭台夫特理工大學（TU Delft）團隊也克服鋰陽極電池的可靠度問題，他們研發全新的電解質，在充放電過程中會形成特殊的保護層，讓電池可以在一次又一次的充電中，提高穩定性。
目前的商業鋰電池內的電解質都由碳和氧的化學物質組成，雖然說確實讓電池保持高效特性與長壽，但 TU Delft 團隊研製的酰胺電解質，還能用來防止腐蝕，研究負責人 Marnix Wagemaker，酰胺化學反應速度快，因此保護層形成速度快。
研究在實驗測試也發現，新鋰陽極電池平均庫倫效率高，也因為電解質形成的固態界面，有出色的電池容量保有率，可加速離子之間的電導率和穩定性。
目前研究下一步是最佳化電池，並加以研究如何改進其他零件，團隊也對這項研究寄予厚望，Wagemaker 表示，鋰陽極電池原型很快就會登場，預估其能量密度是過去的兩倍到三倍，而它的的壽命雖然可能沒辦法高達數千次，但充放電循環絕對能達到好幾百次。
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（首圖來源：shutterstock）
