清大研發新材料 助電池更小更輕續航佳

手機等3C電子產品當道,產業極力追求體積更小、電量更高的電池,清大團隊研發紅磷材料,有助於提升鋰電池充電量,能做出更小、更輕、續航力更佳的電池。

清華大學化工系教授段興宇的團隊研發出全新電池材料「摻碘的紅磷奈米粒子」,更用它做出全球第一個紅磷為負極的全電池,也就是可實際使用的電池,研究成果登上國際期刊「Nano Letters」,美國化工界影響力最大的科普雜誌「美國化學化工新聞」(C&EN news)也撰文報導。

段興宇表示,鋰離子電池廣泛使用於3C商品,但一次充電能使用的量遲遲無法提升,關鍵在於負極使用的石墨材料電容量已達極限,過去曾有學者想以理論電容量達石墨7倍的磷來替代,但磷雖然可蓄存的電量高,但幾乎不導電,即使好不容易把電充進去,只要充放電幾次,磷材料就會因急劇膨脹而破碎。

團隊耗時1年多,實驗數百種材料後,終於發展出溶液合成法,使用三碘化磷為原料,在室溫下只要5分鐘就可合成出「摻碘的紅磷奈米粒子」,電導率瞬間提升為原來紅磷的100億倍,且這種新材料在經過數百次充放電後,仍然穩定不破裂。

論文第一作者、清大博士生張維中透露,成功關鍵在於「反向思考」,以往研究人員嘗試合成奈米磷化物時,多使用高溫下才能釋放磷的前驅物,他在一次偶然實驗中,試用沸點較低的前驅物「三碘化磷」,產生意想不到的效果,因此重新設計實驗,成功在室溫下製造摻碘的紅磷奈米粒子,也是全球首例在室溫下合成出紅磷奈米材料。

段興宇表示,磷是地表上最豐富的元素之一,便宜易取得,使得新材料的潛力無窮,若改用摻碘的紅磷奈米粒子,可做出更小、更輕、續航力更佳的新材料電池,目前團隊已著手申請專利,未來將嘗試把摻碘的紅磷奈米粒子應用在鈉離子電池上,希望降低大型儲能電網的成本與提高可用的電容量,為新一代電池研發帶來革命性突破。1060411

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