美大學團隊破解鋰電池反覆故障成因 將有助改進電動車快速充電

充電問題是不少車主考慮轉用電動車與否的因素之一;但電動車的鋰電池在充電時,反覆出現故障令不少有意轉用電動車人士卻步。來自美國史丹福大學( Stanford University)及SLAC 國家加速器實驗室的研究團隊表示,他們已研究出電動車用的鋰電池在充電時,反覆出現短路及其他故障的成因。相信這有助進一步研發更輕便、不易燃、能提供高密度能量及壽命更長的快速充電鋰電池。

有關研究團隊日前將相關鋰電池的研究結果,發表在科學期刊《Nature Energy》上。報告指出,導致鋰電池反覆出現短路及其他故障的主因是機械性壓力(mechanical stress)。在鋰電池的製造過程中,任何輕微的壓力或扭曲,甚至灰塵或其他微細雜質的依附,將導致本身存在於電池表面的微小裂痕擴大,電解質未能成功阻隔電流在陰極及陽極之間流動,從而令鋰電池短路。

研究結果將使相關研發人員針對上述問題,研究製造出相應適用的物料。據上述團隊在研究結果表示,正尋找利用機械力使鋰電池物料變硬、嘗試在電解質表面抹上塗層,以防止裂痕出現或修復裂痕的方法。

鋰電池研究新突破 藉外部磁場提高穩定性

鋰電池是智能手機和電動車等重要零件,如何延長其使用壽命一直是科學家的研究重點。有南韓研究團隊提出了新的電解質方案,利用外部磁場來抑制晶枝生長,從而提高鋰電池的使用壽命及穩定性。

鋰晶枝致電池失效

傳統商業用電池的陽極主要是採用石墨和銅,為了加大儲電容量及減低重量,後來便有科學家將陽極改成鋰,成為現時能量密度更高的鋰電池。不過,鋰電池會出現鋰晶枝問題,使電池迅速失效。

晶枝的形成是與電解質的傳輸現象有關,只要令電解質中的離子傳輸速度加快,其均勻性就會愈高,這就會愈容易控制枝晶形成。

產生「微對流」 防止晶枝形成

南韓大邱慶北科學技術學院開發了一種新技術,將磁性納米粒子添加到電池裡的電解質溶液中,然後透過外部磁場來控制電解質,把原本的靜態電解質轉化為動態電解質,透過產生「微對流」(Micro-convection)防止晶枝形成。

負責領導團隊的化學工程系博士Lee Hong-kyung表示,這是一種新概念的電解質系統,能透過磁性納米粒子來改變電解質,並能立即應用於各種液體電解質中。研究結果顯示,與現有系統相比,新技術顯著提高了電池的使用壽命。