發布日期 2019 年 03 月 15 日 14:15

許多科學家都正絞盡腦汁，盼讓鋰離子電池性能與壽命更上一層樓，近日美國賓夕法尼亞州立大學則推出全新的電池結構，將有望讓鋰電池性能與壽命翻倍成長。

鋰電池主要由電極、電解質與隔離模組成，鋰離子首先會從正極出發，經過電解質最後抵達陰極，而在電池首次充放電池，電極與液態電解質之間會形成固態電解質特性的鈍化層，其名為固態電解質介面（Solid Electrolyte Interface，SEI）。

SEI 擁有雙重身分，為電子絕緣體同時也是鋰離子的優良導體，而該薄膜可保護電池、避免發生有害反應，並讓鋰離子在電極跟電解質之間來回穿梭，對鋰離子電池性能來說，SEI 可說是關鍵要點，若 SEI 性能不佳，電池會存有許多問題。

一旦 SEI 開始衰退，成堆問題便接踵而來，像是在多次充放電之後，鋰電極就容易沈積不均勻並長出枝晶，進而造成電池容量損失、充放電效率降低或是刺穿絕緣層，最終導致電池起火。

對此，賓夕法尼亞州立大學團隊決定用聚合物複合材料打造新型 SEI，他們結合聚合鋰鹽、氟化鋰奈米粒子和氧化石墨烯片，希望可打造性能超群的長壽防爆鋰電池。

團隊指出，若要提升鋰介面穩定性，需要非常精細、達到分子水準（molecular level）的技術，而新型聚合物複合材料除了會在鋰金屬表面形成鉤狀鍵，還會以被動方式提供能量，這樣一來材料就不會跟電解質分子起反應，再加上奈米片也具有隔離作用，使鋰電極難以形成晶枝。

賓夕法尼亞州立大學機械與化學工程教授 Donghai Wang 指出，透過全新的 SEI 膜，團隊將有望讓鋰電池的能量密度翻倍成長，與此同時大幅提升其壽命與安全性。

先前阿貢國家實驗室與丹麥哥本哈根大學、德國慕尼黑工業大學和 BMW 集團也一同著手研究 SEI，並成功解開常見化學物質氟化鋰的運作機制，該研究指出，電池在充電過程中會產生氟化氫電化學反應，從電解質轉變成固態氟化鋰並生成氫氣，而這類反應皆高度依賴石墨、石墨烯和金屬等電極材料，顯然電池催化劑的重要性相當高。

而不管是賓夕法尼亞州立大學團隊還是阿貢國家實驗室團隊，這些科學家皆認為，假如可深入了解 SEI 薄膜的化學性質與獨立成分規則，就可進一步提升電池效率，而未來這些科學家是否能成功以新型 SEI 薄膜為鋰電池帶來新氣象，還需要持續的研發與實驗。

https://interestingengineering.c ... uble-energy-density

鋰電池相關的研究是目前最熱門的題目，只要能量產就可以名利雙收！

很棒的發現 發明，過多能源適當被儲存，再於適當時機被運用