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2019-09-18輕質鋰金屬電池設計再進化 更安全且壽命更長
453 期
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【本刊訊】美國史丹佛大學（Stanford University）近日於《焦耳》（Joule）期刊發布最新研究，他們與SLAC國家加速器實驗室（SLAC National Accelerator Laboratory）組成研究團隊並研發了一款特殊塗層。報告指出，將此塗層塗布於電池陽極，便可調整鋰金屬電池存在的某些缺陷，延長電池的使用壽命。此一發現，可望將重量較輕的鋰金屬帶回市場做應用！
目前市場上主要的可充電電池——鋰離子電池，每年就囊括300億美元的龐大市場，為何還要回頭研究壽命不長且存在安全疑慮的鋰金屬電池？
根據使丹佛大學新聞稿，材料科學教授庫伊（Yi Cui）表示事實上，每磅鋰金屬電池的電量，至少可比同等的鋰離子電池多1／3，而鋰金屬電池陽極（鋰金屬）也較鋰離子電池陽極（鋰合金、石墨）輕巧，若解決可充電鋰金屬電池的問題，將有利於減輕可攜式電子產品的重量；尤其是電動車，電池重量所消耗的能量，讓業界頭疼不已。
首先要解決的，是鋰金屬電池會形成「枝晶（dendrites）」的問題，它們會穿過電池正負極間的分離層（separator），且可能在易燃液體中產生短路使電池無法繼續被使用，嚴重的話甚至會釀成火災。因此，團隊在枝晶常形成的地方——電池陽極裹上新塗層，與其它商業組件搭配後製成電池。該塗層布滿動態單離子導電網路（dynamic solid-electrolyte interphase,DSN），能將帶電的鋰離子均勻地送到電極處，除了避免不必要的化學反應，也可減少陽極上破壞電池供電能力的化學物質堆積。
在經過160次的充電循環後，該電池仍能提供近85%的電能，而不含該特殊塗層的電池僅能保存30%，不僅解決枝晶的問題，也讓新電池的壽命有所提升。
以鋰金屬作為陽極的電池，在新塗層的幫助下，得以在穩定性上有進一步的發展。目前，研究團隊正對現有的塗層進行改良，盼能執行更多循環測試並增加電容量的保持（capacity retention）。而庫伊也提到，雖說該塗層的發明最終目標是能運用在電動車上，但仍會先從其它商業化的電子產品，向大眾展示此設計的安全性。
新聞來源
1. Coating developed by Stanford researchers brings lithium metal battery closer to reality, Stanford University, 2019/8/26.
2. Zhiao Yu et al., A Dynamic, Electrolyte-Blocking, and Single-Ion-Conductive Network for Stable Lithium-Metal Anodes, Joule, 2019.