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換一種陽極材料,鋰離子電池充電速度快 10 倍
2021-11-19   |  作者:daisychuang  |  169瀏覽人次

目前許多手機都有支援快速充電模式,意味著能在安全負載範圍內,縮短手機充電時間,而現在荷蘭團隊研發的下一代鋰離子電池設計,充電速度更是比現在的電池快 10 倍。

為了研發出更輕、更薄、更安全,壽命也更長的電池,科學家們對下一代電池的研究一點也沒有少,期望新的材料配方可以顯著提升電池性能,最終邁向商業化。

現在荷蘭特文特大學便研發出新型試驗性鋰離子電池,利用「開放且有規則」的晶體結構,設計新型電池陽極。其中目前的鋰離子電池都具備陰陽兩極,陰極主要以搭配鎳、鈷的鋰金屬,陽極則多為石墨,在充放電過程中都是電能與化學能的相互轉換,電池材料也逐漸損耗。

特文特大學奈米技術研究所 MESA+ Institute 研究員指出,利用新型奈米級多孔結構材料「鈮酸鎳(nickel niobate,NiNb2O6)」來製造鋰離子電池陽極,充電速度不僅能加快 10 倍,過程也不會損壞陽極材料、損壞電池或縮短電池壽命。

過去科學家們多瞄準奈米級多孔結構材料,這些材料可以增加與液態電解質的接觸面積,讓鋰離子更容易移動,最終提高充電速度,不過通常奈米級多孔結構材料的孔道排列紊亂又隨機,在充放電過程中結構容易崩塌,降低電池密度與容量,電池性能拉警報,更不用說奈米級多孔結構材料製造過程複雜、也會產生許多化學廢棄物。

特文特大學團隊認為,鈮酸鎳是全新的替代品,鈮酸鎳具有「開放且有規則」的晶體結構,有相同且重複離子傳輸通道,在材料製造方面,也不需要在無塵室內組裝。團隊也實際製出鈮酸鎳陽極電池並測試其性能,發現電池快充率(ultra-fast charging rates)是一般鋰離子電池的 10 倍。

團隊指出,鈮酸鎳比石墨更緻密、體積能量密度更高,有機會打造出更輕、更簡單的商業電池。新陽極也具備高容量優勢,容量約為 244 mAh g-1,鈮酸鎳的體積變化在充放電過程中也不大,在 20,000 次循環後也可維持 81% 容量。

研究人員指出,結果證明鈮酸鎳陽極在的實際應用潛力,包括在電網應用或大型電動車的市場,不過實際還需要再進一步研究。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:pixabay

 
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