延長鋰金屬電池壽命-科學人雜誌
化學

延長鋰金屬電池壽命

2022-05-01 布希維克(Sophie Bushwick)
新充電技術修復電池內部受損材料,提升充電循環次數。
▲ (影像來源:pixabay)


電動車只充一次電就行駛長距離,前提是電池容量要夠大。鋰金屬電池(lithium-metal battery)是選項之一,其關鍵元件是由鋰這個輕量元素所製成,因而有更大容量,勝過目前廣泛運用、由石墨製成的鋰離子電池。比起同樣大小的鋰離子電池,鋰金屬電池能儲存更多電力,但也較快消耗,限縮了充放電的次數。近期研究人員發現新充電技術,能夠修復電池內部的受損材料,大幅延長電池壽命。


鋰基電池在充放電時,鋰離子會在帶正電的陰極和帶負電的陽極之間來回移動;隨使用時間增長,小塊反應材料無法附著在陽極,會在電池內部形成微小的「鋰島」,多數研究人員迄今認為鋰島沒有活性。美國史丹佛大學研究團隊發現,鋰島仍對電有反應,在電池充放電時確實會來回移動,研究成果發表於去年12月的《自然》。


研究團隊指出,這些鋰島會擺動,足以讓孤立鋰(isolated lithium)和陽極重新建立電接連。他們想到在電池完全充飽之後,立即小幅放電,就能誘使材料重新結合。論文主要作者、史丹佛大學材料科學家劉芳(Fang Liu,音譯)說:「我們透過這種方法促使(鋰)朝陽極方向增長,藉此重新建立電接連。」當研究團隊利用這項協定(protocol)對鋰金屬測試電池進行充電,可以執行更多次的充電循環,電池續航力也比標準充電法長29%。


未參與這項研究的普林斯頓大學電化學與材料科學家哈澤爾(Kelsey Hatzell)評論,這項發現有助於增進鋰金屬電池的基本了解,「要觀察??孤立鋰的動力學很具挑戰性。」研究團隊「設計了一些很有趣的實驗,嘗試解開這些機制。」然而她指出,實際運用上可能還很遙遠;這些電池尚未達到充電電池必須具備的幾千次充電循環。


史丹佛大學研究團隊希望進一步研發這種充電法,延長鋰金屬電池壽命。他們也在研究充電協定,以擴展鋰離子電池的可用性。論文資深作者、史丹佛大學材料科學家崔屹(Yi Cui)說:「無論鋰離子或鋰金屬,這是電池領域的重大發現,可以擴展到整個電池領域。」


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