全新鋰硫電池結構登場，以石墨烯與陰極電解質有效提高穩定性

皇帝 | 2019-5-3 11:57:20

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中央社綜合外電報導作者 Daisy Chuang | 發布日期 2019 年 05 月 03 日 7:45

電池組成就像三明治一樣層層疊疊，不同的材料與結構就會有不同的性能表現，最近瑞典查爾摩斯工學院團隊將鋰硫電池煥然一新，不僅加入石墨烯氣凝膠薄片提高效率，更將陰極與電解質部分合二為一，達成提升電池穩定性與降低重量目標。

電池主要由兩個電極，電極之間的電解質與隔離膜組成，離子首先會從陰極出發，經過電解質與隔離膜最後抵達陽極，不過未來電池的結構已不一定是如此。過去曾有研究為了減輕電池重量、提高充放電速度與儲電力，試圖將陰極與電解質合體，開發出「陰極電解質（catholyte）」，而隨著技術進步，現在科學家已初步達成目標。

查爾摩斯工學院團隊首先以鈕扣型鋰硫電池進行實驗。他們先將長條形石墨烯氣凝膠切成一片片的薄膜，之後再調整大小與尺寸放入富含硫的陰極電解質溶液，其中石墨烯氣凝膠薄片具有多孔結構特性，既可當成支架，也可以化身成海綿，吸收大量陰極電解質溶液以提高電池硫負荷（loading）。

團隊指出，陰極電解質設計可以讓鋰硫電池許多難題迎刃而解，過去該電池一直無法突破「硫易溶解到電解質」以及「硫分子會跑到陽極」等超級大缺點，這讓電池的穩定性與壽命雙雙難以提高，但現在查爾摩斯工學院團隊已解決這上述問題，研究員 Carmen Cavallo 表示，由於硫早已溶解在陰極電解質中，因此不用再擔心硫在充放電中消失與被溶解。

目前團隊也成攻打造出新型鋰硫電池原型，穩定性也有大幅提高，在充放電循環 350 次之後，容量仍可維持在 85%，有助於加速鋰硫電池的商業化進展。

鋰硫電池理論重量能量密度是鋰電池的 3-5 倍，高達每公斤 2,700Wh，且還具有電池重量輕、原材料豐富、不需要用到氟等優勢，雖然目前鋰離子電池仍是市場主流，但這並不影響科學家對鋰硫電池的關注與期待，假如未來科學家研發有成，人們將可享用更輕、成本更低與容量更大的電池。