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美科學家為陰極開發保護層﹐鋰電池安全性再升級
為了讓鋰離子電池性能更上一層樓﹐科學家不斷推出新防護技術﹐最近美國能源部阿貢國家實驗室便為鋰電池陰極研製出全新保護層﹐新陰極塗層不僅能有效避免陰極跟電解質起化學反應﹐還可以阻止陰極釋放氧氣。
鋰電池為電動車與3C產品的心臟﹐具有高能量密度﹑工作溫度範圍廣﹑無記憶效應等優勢﹐可說是儲能界的領頭羊技術﹐然而其缺點也不容忽視﹐陰極材料不耐熱﹑液態電解質易起火燃燒﹑電池循環壽命短等都是科學家待攻克的挑戰。
對此﹐阿貢國家實驗室決定為鋰電池陰極開發防護罩﹐團隊首先採用實驗室獨門鎳錳鈷(NMC)陰極材料﹐之後再用高導電聚合物聚二氧乙基噻吩(PEDOT)進行封裝。當鎳錳鈷電池開始充放電時﹐PEDOT就會變成陰極的保護塗層﹐有如防護罩地避免陰極跟電解質相互反應。這聽起來跟過去的陰極塗層技術沒有什麼差別﹐但團隊指出﹐傳統塗層的保護範圍僅限陰極材料表面﹐因此陰極材料顆粒內部容易裂開﹐而PEDOT塗層能滲進陰極材料內部﹐大幅提高保護效果。
除此之外﹐新型塗層還有許多增益效果﹐其一﹐PEDOT塗層可將陰極材料轉換成尖晶石型(spinel)﹐該三維架構能改善電極上的離子流動﹐從而降低內部電阻並提高電流承載能力﹐且尖晶石還具有熱穩定性高優點﹐有助提高電池的安全性。
PEDOT塗層第二個優點則是能防止陰極釋放氧氣。鋰電池存有許多危險因子﹐其中陰極材料在高溫與高電壓下易分解並釋放氧氣﹐偏偏電池電解質又容易起火燃燒﹐這便提高電池的爆炸風險﹐而阿貢國家實驗室新研究或許可緩解此難題。
阿貢國家實驗室電池科學家Khalil Amine表示﹐PEDOT塗層能讓鋰離子與電子順利通過並有效提高結構穩定性﹐同時還能避免陰極釋放氧氣。團隊認為﹐未來隨著新型塗層不斷改良與最佳化﹐電池科學家可能會逐步將PEDOT塗層應用在高鎳錳鈷電池中﹐這樣一來就可提高電池的工作電壓﹐進而提升電力輸出﹐亦或是延長電池循環壽命。
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更改一下，又可延續產品製造壽命，不會太快被取代
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