不需稀金屬的高速充放電矽自由基二次電池

 

刊登日期:2014/1/14
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筑波大學關口章教授等人與豐田中央研究所合作,成功開發出以矽自由基作為二次電池負極活物質的蓄電元件之技術,藉此穩定性高的高週期典型元素自由基可望作為電極活性物質。詳細內容刊載於德國化學會雜誌「Angewandte Chemie International Edition」上。
 
該研究利用高速且可逆的氧化還元系化學物質,也就是矽及鍺等高週期14典型元素中具備不成對電子的開殼類(Open Shell)自由基分子,進行元件化的特性評鑑。首先是固態下電氣化學試驗,兩者皆具備適用於二次電池元件的負極活性物質的還元電位。接下來進行的是,從擴散定數及尖峰(Peak)電位差至電極間的電子移動速度之比較,結果顯示矽自由基最適切,因此研究人員利用矽自由基作為二次電池的負極活性物質製成電池,並進行電池特性之評鑑。矽自由基(50wt%)及導電助劑碳黑(Carbon Black)製成的複合材料為負極,石墨(Graphite)為正極,離子性異體為電解質,製作出全部以有機材料構成的二次電池。
 
根據試驗結果,未使用鋰離子的該電池不僅可高速運作,即使在70℃的高溫下,也可進行100次左右的充放電而無劣化。此外,與既有的Dual Carbon Cell相比,該電池在維持輸出密度的前提下,仍可得30mAh/g的高能量。換句話說,該電池具備鋰電池及超級電容器兩者的特性,是一款性能平均的優異蓄電元件。 
 

資料來源: http://www.tsukuba.ac.jp/wp-content/uploads/p20131219si.pdf
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