美研發全新固態電解質界面材料 有望讓鋰離子電池性能與壽命翻倍

許多科學家都正絞盡腦汁，希望讓鋰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，將有望讓鋰離子電池性能與壽命翻倍成長。

鋰離子電池主要由電極、電解質與隔離模塊成，鋰離子首先會從正極出發，經過電解質最后抵達陰極，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，其名為固態電解質界面（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，并讓鋰離子在電極跟電解質之間來回穿梭，對鋰電池性能來說，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后，鋰電極就容易沉積不平均并長出枝晶，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復合材料打造新型SEI，他們結合聚合鋰鹽、氟化鋰納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離子電池。

團隊指出，若要提升鋰界面穩定性，需要非常精細、達到分子水平的技術，而新型聚合物復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，再加上納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DonghaiWang指出，透過全新的SEI膜，團隊將有望讓鋰離子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。

先前阿貢國家試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，并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萌生氟化氫電化學反應，從電解質轉變成固態氟化鋰并生成氫氣，而這類反應皆高度依靠石墨、石墨烯和金屬等電極材料，顯然電池催化劑的緊要性相當高。

而不管是賓夕法尼亞州立大學團隊還是阿貢國家試驗室團隊，這些科學家皆認為，倘若可深入知道SEI薄膜的化學性質與獨立成分規矩，就可進一步提升電池效率，而將來這些科學家是不是能成功以新型SEI薄膜為鋰離子電池帶來新氣象，還需要繼續的研發與試驗。

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