锂电池分成两种,一种是锂离子电池,也是目前我们较常用的充电电池;另一种是锂金属金池,以锂为做阳极材料,因其克服商业电池的性能限制而受到关注。然而,锂金属电固有的问题导致电池寿命缩短并增加火灾风险。不过现在韩国科学技术院(KAIST)的研究人员取得了世界级的突破,他们找到合适的材料,将锂金属阳极的寿命延长约750%。
科技探索(Techxplore)报导,韩国科学技术院材料科学与工程系的金一斗(Il-Doo Kim)教授与亚洲大学(Ajou University)的李智英(Jiyoung Lee)教授合作,使用环保的中空纳米纤维作为保护层,成功稳定了锂的稳定程度,显著延长下一代锂金属电池的寿命。
传统的保护层技术,是在锂金属上涂覆表面涂层,使其与电解质形成不接触面,但是这类技术依赖有毒工艺和昂贵的材料,并且对锂金属阳极的使用寿命改善有限。
为了解决这些限制,金教授的团队改用一种中空奈米纤维保护层,能够透过物理和化学手段,控制锂离子的生长。这种保护层是使用植物中提取的瓜尔胶(guar gum)作为材料,再透过环保静电纺丝制程制造成纤维,并利用水作为溶剂。
纳米纤维保护层有效控制住电解质与锂离子之间的可逆化学反应,纤维内部的空间,抑制住锂离子在金属表面的累积,也就稳定了锂金属表面和电解质之间的界面。
实验发现,与传统的锂金属阳极相比,复上保护层的锂金属阳极,其寿命延长了750%。该电池在300次充放电循环后,仍维持新电池的93.3%的容量,效果极佳,达到世界一流的水准。
研究人员还证实,这种天然保护层在土壤中大约一个月内即可完全分解,代表它还具有环保性质。
金一斗教授解释说:「透过物理和化学保护功能,我们更有效地引导锂金属和电解质之间的可逆反应,并抑制枝晶的生长,从而使锂金属阳极具备更长的寿命特性。」