可循環充電6,000次、充電時間10分鐘之全固態鋰金屬電池

 

刊登日期:2024/2/29
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美國哈佛大學設計出一項可充放電6000次以上,充電時間約10分鐘之全固態鋰金屬電池。研究團隊透過將微米級的矽粒子分散於鋰負極活性物質與固體電解質的界面上,成功地在充電過程中均勻地控制負極的鋰析出,抑制枝晶形成,顯著提高了耐久性,且加速了平滑鋰析出層的鍍覆與剝離過程。
 
哈佛大學對於鋰金屬電池負極活性物質與固態電解質界面的鋰化反應進行了詳細研究,並發現了全固態電池特有的鋰抑制效應。當微米級的矽(Si)粒子分散於界面處時,矽表面上的鋰形成受到抑制,且在粒子表面上生成薄薄的鋰鍍層。另發現負極上生成了均質、光滑的厚鋰鍍層,且充放電時的局部電流密度呈現均等分佈。由此可知,此現象與鋰離子電池液體電解質中矽的快速鋰化有顯著不同。而此結果防止了鋰枝晶的形成,大幅提高了電池的安全耐久性,且由於電流密度均等化,確認充放電期間出現析出鋰層的鍍覆與剝離高速發生的狀況。
 
研究團隊試作了一款軟包裝電池,且確認在6,000次循環後仍可保持80%的容量,優於目前市場上的軟包裝電池。此外,由於負極上析出鋰層的沉積與剝離高速展開,電池充電僅需約10分鐘。目前哈佛大學衍生新創企業Adden Energy已投入智慧型手機大小的軟包裝電池試作,預期可製作出安全、高耐久性、高能量密度/容量且可在短時間內充電的小型電池,今後亦可望擴大至以電動汽車為中心的工業應用。

資料來源: https://engineer.fabcross.jp/archeive/240123_solid-state-battery.html
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