比起現在常見的鋰離子電池,尚在實驗室階段的鋰硫電池具有更高的能量密度和為更強大的供電能力,而現在澳洲科學家用新研究與數據證明鋰硫電池的潛力,新電池性能是傳統鋰電池的 4 倍,更可讓手機 5 天不用充電、電動車續航里程也長達 1,000 公里。
鋰硫電池理論重量能量密度是鋰電池的 5 倍,高達每公斤 2,700Wh,且還具有電池重量輕、原材料豐富,以及不需要添入氟等優勢,雖然目前鋰離子電池仍是市場寵兒,但這並不影響科學家對鋰硫電池的關注與期待,假如未來科學家研發有成,人們將可享用更輕、成本更低與容量更大的電池。
不過鋰硫電池研發之路並非一路順遂,鋰硫電池的壽命短,硫的絕緣性與鋰容易衰退都是問題,帶領團隊的澳洲蒙納許大學(Monash University)教授 Mahdokht Shaibani 更表示,鋰硫電池的發展挑戰就某方面來說也是因為硫電極的儲電容量太大,以至於無法承受應力(stress)、進而破裂。
通常電池在充放電過程中往往伴隨著的體積變形,無數次膨脹收縮後的應力累積會破壞電極結構,Shaibani 指出,應力會讓電極負責傳遞電子的碳基體、以及黏合碳與硫的聚合物黏著劑受損,使電池性能下滑。
因此團隊決定研發全新的黏著劑,且他們提出的解決方案不是打造讓碳與硫更為緊密的黏著劑,而是幫他們留著恰到好處、剛剛好的「距離」,使碳機體與硫在電極在膨脹時,彼此之間還有空間,根據團隊發表在《Science Advances》的研究,他們認為這樣硫陰極就能夠承受更高的應力負荷,整體性能也不會下降。
(Source:蒙納許大學)
目前團隊已開始測試新鋰硫電池,結果也符合期待,在充放電循環 200 次測試中,充放電效率高達 99%,也表現出「前所未有的」高儲電容量,研究人員表示,新電池能讓手機 5 天不用充電、電動車續航里程也長達 1,000 公里。
現在團隊已幫新型鋰硫電池申請專利,未來還希望能應用在電動車或是電池儲能系統,研究共同作者 Matthew Hill 表示,新型的的電池不僅擁有出類拔萃的性能與使用壽命,所採用的水基工藝製造起來也簡單、成本更低,還可以大幅減少生成環境有害廢物。 |