锂硫电池常被认为是下一代电池技术,其理论能量密度为锂离子电池 3 到 5 倍之多,达到 2,600Whkg,意味着假如锂硫电池研发成功,手机续航力可从 3 小时增加到 9 到 15 小时。
该电池也同时具有低成本、低污染、含量丰富等优势,但硫磺导电性极差,频繁充放电之后也会变得不稳定,锂金属更是容易与电解液产生反应进而形成晶枝,林林总总的缺点让锂硫电池距商业化还有很长一段路要走。
而德州大学达拉斯分校(UT-Dallas)看好锂硫电池未来发展性,也着手研发相关技术,并成功找出更高效与环保的锂硫电池技术,其除了能提升电池稳定性,也能大大增加电池寿命。
UT-Dallas 工程与电脑科技学院(Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science)教授 Kyeongjae Cho 指出,目前智能手机续航力大最多只能维持一天,未来如果能将电池续航力提升到一周,甚至维持更久,这将对许多人来说是一项福音。
团队在电池中加入常用于硬化、强化钢的钼(molybdenum),当该金属与硫原子结合时会产生 MoS2(二硫化钼),可调节电极中的硫碳(sulphur-carbon)奈米涂层,这种比蜘蛛丝还要薄的涂层能提高电池稳定性,并补足硫的不良导电性,同时也能缓解锂金属容易生成枝晶问题,进一步提升锂硫电池的安全性。
Kyeongjae Cho 表示,科学家一直以来都在寻找类似材料,而这项发现让锂硫电池更进一步朝商业化迈进,团队也正努力提升材料稳定性,盼能尽早将该技术带离实验室。
目前团队已成功制作出电池原型,将涂有 MoS2 的锂金属做为负极,硫碳奈米层则是正极,其能量密度可达到 589Wh kg,在摄氏 0.5 度下库伦效率(Coulombic efficiency)最高约 98%,并可循环 1,200 次。
该研究获得韩国能源资源技术企划评价院(KETEP)和国家创新材料研发计划研究基金会支持,并发表在《自然奈米科技(Nature Nanotechnology)》
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