日本研發出更安全且高效的固態鋰電池

兩枚二次鋰電池（左）及一枚一次性CR123A鋰電池（右）。（Mk2010／維基共享資源） 

 

 

【大紀元2024年04月09日訊】（大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導）雖然使用固態電解質比用液態電解質的鋰電池擁有更高的安全性和能量密度，但卻存在電導率低和電極接觸不足等問題。而日本新研發一種穩定的、高導電性的固態電解質，有望解決全固態鋰電池的缺點，代替液態電解液鋰電池的使用。

 

科學家開發的一款含有「硫化基固體電解質（LGPS）」的鋰電池，擁有媲美液態電解質（LOE）鋰電池的高室溫電導率，讓這種全固態電池（ASSB）被廣泛研究。

 

這種鋰電池具有不易燃、不易爆炸和耐高溫等安全上的優勢，不過其中的硫化物容易與空氣中的水分反應，形成有毒的硫化氫（H2S）。雖然科學家後續開發的ASSB電池部分改善了出現硫化氫的問題，但仍有電導率不足的問題，因此目前市場的主流鋰電池仍以液態電解質為主。

 

目前，擁有140多年歷史的日本東京理科大學（Tokyo University of Science，TUS）團隊發現，一種新型的「燒綠石型氟氧化物」作為鋰導體，可以提高ASSB電池的循環性能、高速充放電能力和穩定性，有望為研製出安全且先進的ASSB鋪平道路。他們這項成果寫成論文於3月28日發表在《材料化學》雜誌上。

 

這種燒綠石型氟氧化物是一種含有鋰（Li）、鑭（La）、鈮（Nb）或鉭（Ta）、氧（O）和氟（F）元素組成的八面體多晶物質。它即使在空氣中也能保持穩定，且在室溫（25°C）下的表現高於此前的任何鋰電池專用的氧化固體電解質。

 

實驗人員使用上述元素分別做出三種燒綠石型氟氧化物，並對其進行一系列儀器分析和實驗比較。

 

他們發現，這種材料做成的鋰電池，並不像現有的鋰電池存在因損壞導致電解液洩漏的風險，也不像硫化基電池存在產生有毒氣體的風險，可以說是一種穩定的鋰電池。因此十分適合用於飛機、電動車等其它對於安全需求較高的地方。

 

這種材料做的鋰電池工作溫度為-10℃到100℃，遠比傳統鋰電池的工作溫度0℃至45℃要廣泛許多，被認為是一種很有前途的電池，未來可能被運用到家用電器、醫療設備等小型化的器材上。

 

東京理科大學的藤本健二郎（Kenjiro Fujimoto）教授對該校的新聞室表示，「製造更好的全固態二次（可充電）鋰電池，是許多電池研究人員長期以來的夢想。這次我們發現這種燒綠石型氟氧化物固體電解質，它是目前全固態二次鋰電池的關鍵組成部分。」

 

他接著說，「這種固態鋰電池具高能量密度和高穩定性，可以說十分安全，且比之前的氧化物固體電解質擁有更高的離子電導率。我相信這種固體電解質有望被開發成革命性的電池，且應該能滿足現在電動車對於電池的需求。」

 

責任編輯：連書華