文:MenClub 摯樂  圖:互聯網
POSTED ON 17 May 2021
【科技】哈佛大學研發「三文治」鋰電池設計為電動車電池帶來突破10 分鐘充滿電

哈佛大學發表最新「三文治」固態鋰電池設計,好可能為當今的電動車鋰離子電池作質量的大突破,據講係現今技術下只要作出小小改變,以「固態電解質」取代揮發性高且有腐蝕性的液態電解質,就像「BLT 三文治電池」設計就可以令電池維持過千次的充放電循環,而且有更長使用壽命,仲可以令電動車短短 10 分鐘之內就快速充飽電。新型電池研究眾多,但能簡單作出突破短期內可以應用的唔多,哈佛團隊好可能可以改革電動車充電問題。


鋰離子電池擁有優秀的電池容量同密度,現今大多科技產品例如手機、筆記薄型電腦等智能電子產品都廣泛應用。由燃油車轉化成電動車的汽車世代,以電池儲能系統輔助依然係主流,但現今的鋰離子電池最大的缺點在於定性一直很差。科學好多人都唔識,據說鋰離子電池由石墨陽極(負極)與鋰金屬陰極(正極)組成,透過中間的液態有機電解質作傳遞鋰離子,不過隨著衝放電次數增加,電極會形成尖刺樹枝狀的鋰結晶枝,最終將生長到足以刺穿減緩電流和熱量的隔離膜,令電池內部短路,縮短使用壽命。總之簡單理解現今鋰電池效能愈用愈差!


哈佛大學最新「三文治」固態鋰電池設計,目的就係解釋上面提到的鋰結晶枝影響電池充放耐用性,主要希望能透過「固態電解質」,取代揮發性高、有腐蝕性的液態電解質,以類似「BLT 三文治電池」設計解決問題。簡單用煙肉番茄三文治作出比喻電池設計的話,正負兩極就是多士麵包,疊係正極上方的石墨塗層則是生菜,至於內餡則分為第一與第二電解質,第一電解質有如番茄,將當作煙肉的第二電解質夾埋一齊。重點就係呢個第一與第二電解質讓第一電解質有如番茄夾住煙肉一樣、將第二電解質包住。團隊表示,兩種電解質的化學性質完全唔同,晶枝容易滲透第一電解質、但第一電解質與鋰金屬的穩定性較高;第二電解質則相反,鋰穩定性差、不容易受晶枝影響。讓晶枝唔會突破「煙肉」層,仲可以透過回填( backfilling)晶枝生長產生的空隙,達成自我修復的效果。即係話新電池設計雖然無法抑制晶枝生長,但是能夠安全且穩定控制晶枝,令電池係1萬次充放電後,仍可以維持初始 82% 效能,這種高電流密度更可以支援電動車係 10~20 分鐘內充飽電。