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研究首發現「玻璃態」鋰金屬 可縮細電池體積、增充電量

2020/8/3 — 19:22

電話、電動車為生活帶來不少便利,持久力更長的電池對科技發展愈見重要。最新刊於《自然物料》的研究發現,鋰電池的玻璃態 (glassy state) 能夠增加電池壽命。

加州大學及愛達荷國家實驗室研究人員仔細觀察鋰電池的充電作用,發現慢速、低能量電量充荷使電極正極的鋰原子分佈變得更不規則,改變其充荷形態,使其呈未曾觀察過的玻璃態,是首次從純金屬結構中觀察到無定型 (amorphous) 形態。

研究源於科學家對鋰充電原子層面機制的不了解。一般而言,鋰原子電池充荷時會聚至陽極,但由於每次充電循環原子聚至陽極的方法都會有差別,均會令鋰電池壽命減少或者出現充電不規則情況等。團隊因此想了解電池充電初期,或者被稱為成核 (nuceloation) 時對電池充電的影響。

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他們利用電子顯微鏡,配合液態氮冷卻及電腦模型觀察成核活動,發現較慢充電率會使鋰金屬呈現硫璃態,增加電池壽命。以往一般會估計充電時較慢沉積率會令原子結構更為有序,但今次反而發現此方法會令金屬呈現玻璃態形態。此發現其中一個用途,是可以用較小型電池儲存同一電量,可減輕電動車重量。

研究人員認為,玻璃態金屬的數量和粒子大小及分佈將可透過改變電流密度及沉積時間改變。而此形態也可應用於電動車以外的不同範疇,包括生物醫學、納米科技和微機電系統中。

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來源:
Phys.org, Rare glassy metal discovered during quest to improve battery performance, 28 July 2020

報告:
Wang, X., Pawwar, G., Li, Y. & et al. (2020). Glassy Li metal anode for high-performance rechargeable Li batteries. Nature Materials, Published Online. DOI: 10.1038/s41563-020-0729-1

文/Edward Ho 

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