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本文作者為Dexter Johnson,本文將以第一人稱編譯。

智慧型手機又沒電,到處找插頭的情境相信你我都不陌生,但現在美國普渡大學最新的研究將能有效縮短充電時間,讓我們對這樣惱人的情境說再見!關於鋰離子電池(lithium-ion (Li-ion) battery)充電的突破,近期研究從氧化錫奈米微粒中研發出新的材質,有助於將鋰離子電池數小時的充電時間,小縮減至以分鐘為單位的充電。

普渡大學研究者在 Advanced Energy Materials 期刊發佈最新的研究指出,透過研發出運用氧化錫奈米微粒來代替原本的石墨作為負極材料,此舉讓理論上的充電量由原本372 mAh/g呈現將近雙倍的成長。

氧化錫奈米微粒負極充電30分鐘就能有電量430 mAh/g的表現,比起原本的石墨負極充電十小時所能達到的理論上最大值,還高上許多。

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氧化錫奈米微粒製程容易

研究者認為這樣的材料最吸引人的特點是製程容易,其指出具有序列網絡連結特性(“ordered network” of interconnected)的氧化錫奈米微粒負極,對於商業的大量生產來說是較為容易製作的,製作方法係將「錫醇鹽前軀物(tin alkoxide precursor)」放入沸水,再將奈米為例加熱至攝氏400度。

普渡大學副教授Vilas Pol在新聞稿中提到:「我們並未使用任何複雜的化學製程方法來達成這個目標」、「這是一個非常簡單且快速的方法—在沸水中製作有機金屬前驅物(metal-organic precursor),該前驅物化合物是一種固態錫醇鹽,此材料和具有成本效益且廣泛被運用的鈦醇鹽(titanium alkoxides)類似。」

主要是攝氏400度的熱處理使得奈米微粒得以自組裝成網絡結構,而這樣具有孔隙的網絡結構讓材料在充電放電的循環中得以膨脹和收縮。

奈米結構矽改善材料的膨脹、收縮,還是比不上石墨

「這樣的孔隙對於電池整個運作的架構非常的重要」普渡大學博士後研究助理Vinodkumar Etacheri在新聞稿中提及,「若是沒有這樣適當的孔隙以及各錫醇鹽奈米微粒之間的連結,這個電池就會失敗。」

研究者多年來一直想以奈米結構矽(nanostructured silicon)取代石墨作為負極材料,但隨後該材料被證明,儘管它能夠增加十倍的容量,然而若是沒有特殊的處理,在數次的充電放電循環中會產生裂痕和斷裂。

奈米結構矽改善了材料承受膨脹和收縮的能力,但仍難以和石墨的能力匹敵。

研究報告指出針對氧化錫奈米微粒網絡正在測試100次的充電放電循環,奈米結構矽在6000次的循環測試下能達到維持原容量85%的表現,若新的氧化錫奈米微粒能超過這樣的標準,則我們將能夠期待這樣的新方法能為研究領域帶來比奈米結構矽更多正面的效益和利益,特別是這樣的材料更容易製作,看來我們可以期待,快速充電技術的未來即將到來。

(資料來源:spectrum)

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