日本研製出經濟實惠又高效能的鋰電池

【2024年05月18日訊】(大紀元專題部記者吳瑞昌編譯報導)鋰電池廣泛應用於手機、電動車和大型電力儲存系統等領域,但它所需要的鋰、鈷和鎳等金屬正日益減少。因此,提高其容量、效率、可持續性就成為研究目標。近日,日本一所大學在鋰電池加入一些材料,使其變得更有效率和持續性。

鋰電池的陰極材料通常有鈷酸鋰(LiCoO2)、錳酸鋰(LiMn2O4)、鎳酸鋰(LiNiO2)及磷酸鐵鋰(LiFePO4)。不過含有鈷、鎳的鋰電池價格不斷提高,因為全球大量使用鋰電池導致這些金屬開始出現短缺現象。為此,不少人將目標轉向地球上最豐富的材料鐵(Fe)相關的鋰電池上,希望提升其能效。

科學家在研究與鐵相關的鋰電池產品時發現,磷酸鐵鋰材料做的鋰電池具有高安全、低成本、低毒性、循環壽命長的特性,但能量密度只有170mAh/g左右,因此他們尋求其它鐵基陰極材料,最終做出以氧化鐵鋰(Li5FeO4)為陰極材料的鋰電池,表現出300mAh/g的能量密度,且電壓與磷酸鐵鋰差不多。

不過科學家發現,氧化鐵鋰在充電循環過程中會產生氧氣,使該款電池無法真正進入化學的可逆反應,這代表它無法進行正常的充放電循環。

近日,擁有近150年歷史的日本北海道大學(Hokkaido University)、東北大學和名古屋工業大學的研究人員,共同研製出新款的可充電的鋰電池,只需要在陰極(正極)材料氧化鐵鋰添加一些常見元素,即可提高它的電能量密度和充電循環能力。這項成果於4月22日表在《美國化學學會材料快報https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsmaterialslett.4c00268》上。

北海道大學化學系副教授小林弘明(Hiroaki Kobayashi)對該校的新聞室表示,「我們現在發現,透過將少量豐富的元素(例如鋁、矽、磷和硫)摻雜到陰極的晶體結構中,可以顯著提高循環性能。」

該團隊使用鋁(Al)、矽(Si)、鍺(Ge)、磷(P)和硫(S)作為摻雜劑,讓它們與部分的氧化鐵鋰的氧分子形成「共價鍵」,而共價鍵牢牢的抓住氧原子,使其不會在反應時跑出來阻礙電池進行充放電反應。

「共價鍵」是原子與原子之間共享電子達到飽和時,形成的一種十分穩定且堅固的化學鍵,減少了原子與原子之間位置轉換,因此它不易受到外來干擾和破壞。

研究結果顯示,氧化鐵鋰電極摻雜磷元素後,其首次放電容量接近365mAh/g,但是經過數次充放電循環後,其電容量出現部分下降;若摻雜矽元素進去,會有近90%的電容量保持率,但電池的氧化還原(可逆性)較低;摻進鍺金屬或磷後,陰極的性能被大幅增強,且充放電後的電池容量保持率比其它元素高出許多。

實驗人員還觀察到,氧化鐵鋰在摻入這些元素後,其能量容量、穩定性及充電和放電循環皆有提升,電池容量保持率從50%增加到90%左右。

研究人員總結道,他們僅用地球上鐵、鋁、矽、磷和硫等豐富元素,就可以實現讓可充電的鋰電池提高其能量,有望讓鋰電池變成具有高能量和低成本的電池。

他們希望,繼續研發新的電池技術,為電池的進步做出重大貢獻;而下一階段的研究包括,增加將這些技術擴展到商業化上的可能性。

「三藩有話説」立足華人社區,服務華人朋友,堅守傳統媒體的良知與價值觀,向民眾傳遞真實的資訊。請關注我們的社媒主頁,及時獲取最新咨詢!

看完這篇文章您覺得:

已經有 0 次投票 抢沙发
相關文章
文章評論區

发表评论