科学家一直以来都想要扩大锂离子电池的储电容量，透过将石墨阳极换成锂或著是硅材，让人们不用担心手机电量、开着电动车也不必顾虑与充电站的距离，而现在美国科学家发现另一种效率也不错的替代材料：磷。
锂电池的阴极（正极）是由锂和钴、镍、锰等过度金属组成，阳极（负极）材料则是石墨、铜制成，锂离子会在两极间与电解质之中来回移动，其中阳极材料影响电池容量甚钜，虽然石墨储电稳定性与耐用性高，经过 1,000 次充放电循环也不会影响电池性能，只可惜其理论储电容量低，愈来愈难满足现代人的需求。
目前有不少科学家为了提高电池容量寄望于锂、硅材料，认为这些材料可以将储电容量拉高 2 倍，能量密度也能显著提升，以实验结果来看，表现也不错，不过除此之外还有没有更多选择？最近美国阿贡国家实验室发现，磷的应用潜力高，有着比石墨更高的储电容量，跟硅一样，理论储电容量是石墨的 10 倍。
只是磷跟硅、锂材料一样，在电池充电过程中会“膨胀”，有损材料的耐用性与寿命，不过团队认为，这仍是一项值得挑战的研究，美国阿贡国家实验室化学家 Gui-Liang Xu 表示，磷的能量吸附能力高，实际测试后，也发现磷阳极的初使库伦效率超过 90%，代表阳极跟电解质没有发生太多副反应。
团队将黑磷和导电碳磨成微米级颗粒，制成全新的复合阳极。最终实验结果也符合团队期待，研究指出，新型阳极的初始库伦效率高达 91%，比容量（容量密度）约为 2,500 mAh，随后科学家也把全新阳极实际装设在镍钴锰阴极锂电池中。
其中黑磷是白磷在高温高压下转化而成，是磷的同素异形体中，密度最大、热力学最稳定以及性质最不活泼的一种，有着像石墨一样的片状结构跟导电性，也是被受期待的新兴二维半导体材料，可以应用在晶体管、光电设备等。
黑磷性能稳定应用范围又广泛，因此团队在考量金钱与商业化成本后，还有测试虽然更便宜、但导电性较低的红磷，只不过阿贡国家实验室并没有公布红磷阳极的实验结果，仅表示有具备稳定性优势、高出使库伦效率等。
目前团队下一个目标将是研究大规模制造红色磷阳极，希望能进行产学研合作，扩大材料制造规模，使得最后的商业化进展顺利。
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（首图来源：shutterstock）
