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

* Scientists reveal battery behavior at the nanoscale
http://www.physorg.com/news203695809.html

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