锂离子电池可说是消费性电子产品与电动车的心脏,但随着锂电池使用量与日俱增,未来是否能确保锂矿供应无虞?因此现在已有科学家正在寻求新电池技术:锂硫电池,盼将来可打造出轻便低成本、续航力又高的电池。
锂硫电池为锂离子电池备受看好的可敬后生,理论能量密度高达 2,700Wh/kg,基本上是锂离子电池 3-5 倍,若科学家研发成功,人们未来就不用每天帮手机充电了,且电池原材料“硫”相当丰富,也不用担心材料供应问题。
其中锂硫电池的阴极主要成分为硫,不过有鉴于硫没有导电性,科学家会在其上覆涂一层碳,亦或是花大钱利用碳奈米纤维、奈米碳管等新技术开辟电子传导路径。
然而不幸的是,目前大多锂硫电池的寿命相当低,科学家得解决锂电极易生成晶枝、反应副产物多硫化物阻碍锂离子移动等问题,这样一来才能让锂硫电池迈向大规模商业化。
锂硫电池商业化指日可待?
不少科学家正努力加速锂硫电池进展,像是先前美国南加州大学(USC)以锂钴氧化物打造“混合传导膜(Mixed Conduction Membrane,MCM)”,放置在电解质中间后,除了可让锂离子顺利穿梭,还能当成缓冲层避免多硫化物从硫阴极扩散到锂阳极。
该团队研究指出,在锂硫电池添入 MCM 薄膜之后,电池寿命已延长 4 倍。
目前也有不少厂商正蓄势待发,准备将其技术跨出实验室,其中英国锂硫电池厂商 OXIS Energy 的电池能量密度已达 400Wh/kg,更力拼在 2019 年底提升到 500Wh/kg,其安全性也备受看好,该电池在经过钉子、子弹射击测试后都没有起火或是爆炸,相较之下锂离子电池在钉子刺入那一刻就爆炸了。
近期该公司商业化进展也十分快速,OXIS 上月公布,将投入 6,000 万美金在巴西建立小型锂硫电池工厂,预计可在 2022 年年生产 200 万颗电池,2025 年左右提高到 500 万颗。
虽然若以生产容量来看, 200 万颗不到 100MWh,生产规模不大,但该公司或许会是第一个将锂硫电池商业化的厂商。
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(首图为示意图,来源:Flickr/Sh4rp_i via Flickr CC BY 2.0)