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如何讓電池容量更大?

鉅大鋰電  |  點(diǎn)擊量:0  |  2020年10月09日  

鋰離子電池的陰極(正極)是由鋰和鈷、鎳、錳等過(guò)度金屬組成,陽(yáng)極(負(fù)極)材料則是石墨、銅制成,鋰離子會(huì)在兩極間與電解質(zhì)之中來(lái)回移動(dòng),其中陽(yáng)極材料影響電池容量甚巨,雖然石墨儲(chǔ)電穩(wěn)定性與耐用性高,經(jīng)過(guò)1,000次充放電循環(huán)也不會(huì)影響電池性能,只可惜其理論儲(chǔ)電容量低,愈來(lái)愈難滿(mǎn)足現(xiàn)代人的需求。


目前有不少科學(xué)家為了提高電池容量寄望于鋰、硅材料,認(rèn)為這些材料可以將儲(chǔ)電容量拉高2倍,能量密度也能顯著提升,以實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看,表現(xiàn)也不錯(cuò),不過(guò)除此之外還有沒(méi)有更多選擇?最近美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn),磷的應(yīng)用潛力高,有著比石墨更高的儲(chǔ)電容量,跟硅相同,理論儲(chǔ)電容量是石墨的10倍。


只是磷跟硅、鋰材料相同,在電池充電過(guò)程中會(huì)「膨脹」,有損材料的耐用性與壽命,不過(guò)團(tuán)隊(duì)認(rèn)為,這仍是一項(xiàng)值得挑戰(zhàn)的研究,美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室化學(xué)家Gui-LiangXu表示,磷的能量吸附能力高,實(shí)際測(cè)試后,也發(fā)現(xiàn)磷陽(yáng)極的初使庫(kù)倫效率超過(guò)90%,代表陽(yáng)極跟電解質(zhì)沒(méi)有發(fā)生太多副反應(yīng)。


團(tuán)隊(duì)將黑磷和導(dǎo)電碳磨成微米級(jí)顆粒,制成全新的復(fù)合陽(yáng)極。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果也符合團(tuán)隊(duì)期待,研究指出,新型陽(yáng)極的初始庫(kù)倫效率高達(dá)91%,比容量(容量密度)約為2,500mAh,隨后科學(xué)家也把全新陽(yáng)極實(shí)際裝設(shè)在鎳鈷錳陰極鋰離子電池中。


其中黑磷是白磷在高溫高壓下轉(zhuǎn)化而成,是磷的同素異形體中,密度最大、熱力學(xué)最穩(wěn)定以及性質(zhì)最不活潑的一種,有著像石墨相同的片狀結(jié)構(gòu)跟導(dǎo)電性,也是備受期待的新興二維半導(dǎo)體材料,可以應(yīng)用在晶體管、光電設(shè)備等。


黑磷性能穩(wěn)定應(yīng)用范圍又廣泛,因此團(tuán)隊(duì)在考慮金錢(qián)與商業(yè)化成本后,還有測(cè)試雖然更便宜、但導(dǎo)電性較低的紅磷,只不過(guò)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室并沒(méi)有公布紅磷陽(yáng)極的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,僅表示有具備穩(wěn)定性?xún)?yōu)勢(shì)、高出使庫(kù)倫效率等。


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