Only Perception: 錫—硫—鋰離子電池可成為傳統鋰電池替代品

2011-02-21

錫—硫—鋰離子電池可成為傳統鋰電池替代品

Tin-sulfur-lithium-ion battery as alternative to conventional lithium batteries
http://www.physorg.com/news187526269.html

March 11, 2010

(PhysOrg.com) -- 筆記型電腦的常見問題之一是，電池每一次的供電時間太短了，而且當它老化時，時間會更短。如果你沒有一直仔細照顧你的可充電式電池，其壽命逐漸乾涸的速度很快。所以明顯能提供更多能量、更持久，且更安全的改良式電池因而成為當前研究的主題。 Rome 大學的 Bruno Scrosati 與 Jusef Hassoun，現在開發出一種高度有望的方法來產生新品種的鋰電池，那，一如研究者在 Angewandte Chemie 期刊中的報告，也許能完全符合前述標準。

二難情況是：行動電話、筆電、智慧型手機與 PDAs 變得愈來愈小，而能源需求卻持續成長。電池跟不上。理論上，鋰硫（lithium-sulfur）電池會是能源首選，因為在相同質量下，它們能提供的能量顯然比傳統鋰離子電池更多。

然而，它們的實際應用卻遭遇這項事實：其電極會緩慢地溶解，那導致電容量消失。此外，鋰金屬會形成樹突狀沈積物，那導致短路。這就是為何商業化的「鋰」電池並沒有包含鋰金屬電極的緣故。其電極通常是某種能夠吸收接著釋放鋰離子的材料（通常是石墨）。這類型鋰離子電池通常僅透過鋰離子傳遞且所提供的能量較少。

這群義大利研究者想要結合這二類電池的長處藉此製造出長壽、耐貯存、安全且容易製造的高容量電池。他們的新型無鋰金屬電池使用一種以碳／硫化鋰複合物製成的陰極。有機電解質溶液由一種密封在膠體聚合物薄膜（gel-polymer membrane）中、包含鋰離子的液體所取代。這層聚合物遮蔽物是液體形態的電極。溶液也布滿了硫化鋰。這些手段都使電極元件的溶解最小化。至於他們的陽極，Scrosati 與 Hassoun 選擇了奈米錫粒子，那被密封在防護性的碳矩陣（carbon matrix）中。

所發生的電化學過程如下：在陰極，硫化鋰被分離成元素硫與鋰離子。此過程會釋出電子。鋰離子遷移通過電解質薄膜到陽極，在那裡它們吸收電子以變成未帶電的鋰原子，那接著結合到錫奈米粒子構成的合金中。此過程可逆，故電池能反覆充電。在大約 1100 W h/kg 的特定能量下，這款新電池超越先前所有的無鋰金屬電池。有數值如此大的能量密度，這種新電池也許能在電動車應用中找到出路，成為電力來源首選。

※ 相關報導：

＊ A High-Performance Polymer Tin Sulfur Lithium Ion Battery
http://dx.doi.org/10.1002/anie.200907324

Jusef Hassoun Dr., Bruno Scrosati Prof.
Angewandte Chemie International Edition,
Volume 49, Issue 13, pages 2371–2374, March 22, 2010
doi: 10.1002/anie.200907324