用於蓄電池、電容之新形態碳材料發展現況(下)

刊登日期:2012/11/28
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以CNT電容進逼電池
目前,將新形態碳材料應用於電容的案例中,有一項技術已經脫離實驗室,達到實用化的階段。該項技術即東京農工大學的研發團隊與日本Chemi-Con公司合作研發的「奈米複合式電容(NHC)」(圖四)。

NHC係將鋰離子二次電池EDLC的複合技術—鋰離子電容更加進化的技術。具體來說,主要將鋰離子電容(LIC)原本的石墨負極,置換成微細LTO粒子與奈米碳纖維(CNF)材料。該作法主要可帶來兩項好處,其一為不需要原本LIC所必須,將鋰離子注入的「預先注入」。另一項好處為,相對於鋰的負極電位提升,有助於提高產品的安全性。如此一來,在維持安全性的同時,還可能將能量密度提升至EDLC的三倍。

由這項技術來看,性能似乎還有提升的空間,現行的CNF從成本的觀點來看,多使用較大的多層CNT或與其相近的材料。東京農工大學的研發團隊表示,「CNF如果使用名為「Super Growth CNT(SGCNT)」的高純度單層CNT,能量密度將可達到EDLC的4~5倍,若在正極使用磷酸鋰鐵材料(LiFePO4;LFP),還可能將能量密度提高至7~10倍」。

利用有機系鋰離子二次電池改善輸出問題
有廠商敢於在鋰離子二次電池的正極採用CNT,並且將鋰離子二次電池的輸出密度提高至與電容相等程度的案例。由東京大學工學系研究科、早稻田大學先進理工學研究科與美國麻省理工學院(MIT)研究人員組成研發團隊,於三層CNT的表面,利用羰基(COOH)等官能基進行化學修飾,成功地讓一種材料具備以下三種特性:(1)作為活性物質;(2)作為導電助劑;(3)用來取代接合樹脂(圖五)。如此一來,於電極基底可得到能量密度約150Wh/kg,輸出密度為10kW/kg的數值。


圖五、三層CNT兼負的三種特性

近來,有相當多於鋰離子二次電池正極使用有機化合物的嘗試,主要是為了想要改善以往作為電池正極材料之鈷酸鋰(LiCoO2)等陶瓷材料,其重量太重且價格昂貴的問題。然而,將有機化合物用於正極,則會出現導電性偏低、充放電速度緩慢的問題---完整內容請見下方檔案。 

※本文承日經BP社Nikkei Electronics 雜誌授權轉譯,特此深謝。原文著作權為Nikkei Electronics所有,禁止轉載。Nikkei Electronics 為數位時代的電子、資訊、通訊技術綜合雜誌,更多豐富、精彩內容,請上:http://nebook.com.tw/?cat=110  

作者:材網編輯室/工研院材化所
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