日本研發新型「自癒」電極材料，有望延長電池使用壽命 |
| 作者 Daisy Chuang |
電池基本上是由一層層材料組成，結構分為陰陽兩極、電解質與隔離膜，離子首先會從陰極出發，經過電解質與隔離膜最後抵達陽極。
只不過電池有其壽命，電池中的材料主要是透過微弱的凡得瓦力（Van der Waals force）聚集，以分子間正、負電荷的微小吸引力來穩固結構，但陰極材料在充放電過程中會不斷膨脹與收縮，進而產生壓力並影響凡得瓦力，使晶體結構出現失序的原子排列、出現疊差（stacking fault）狀況，最終層狀結構逐漸產生裂縫或是變薄，造成電池儲電與充放電表現不盡理想。
對此，東京大學工學系教授山田淳夫（Atsuo Yamada）團隊帶來全新的解決方案，採用名為 Na2RuO3 的層狀氧化物，讓電池材料能自我修復，有望放慢電池的退化速度。
團隊主要是以材料間的庫倫引力（coulombic attraction）來控制穩定性，其中庫倫引力跟凡得瓦力一樣，也是正負電荷之間的吸引力，同號電荷相斥、異號相吸，影響效果則比凡得瓦力還要大。研究指出，當帶正電荷的鈉離子從材料中離開時，就會形成帶負電荷的電洞，之後電洞會和材料中剩下的鈉離子產生強烈的電吸引力，有助結構恢復原樣。
該材料或許能緩解電極的退化情形，不過目前山田淳夫團隊尚未實際測試新電池的壽命與性能，還需要再進一步研究與驗證，山田淳夫表示，Na2RuO3 層狀氧化物材料或許能延長電池的使用壽命，但也有可能達到反效果。
延長電池壽命一直都是科學家的目標，就好比先前美國聯合科學團隊透過抗腐蝕的高度氟化（fluorinated）電解質，除了可穩定腐蝕性材料的可逆反應、延長電池壽命，還具有防火功能，減緩鋰電池易燃問題。
而東京大學也不是第一個想研發「自癒」電池的團隊。美國史丹佛大學、美國能源部 SLAC 國家加速器實驗室 2013 年曾開發出能自我療傷的電極，團隊在電極包覆一層有彈性的聚合物後，當電極在電池充放電過程中出現微小裂縫時，這層保護膜就可捆住電極，讓縫隙自行修復。
由上述例子可以看出科學家一直以來都想高電池性能，盼未來可研製出使用壽命更長的電池，讓人們不用再擔心電池的健康程度，以及高昂的換電池費用。
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