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清大研發電池新材料 電容量高7倍體積更小

中央廣播電台/陳國維 2017.04.11 00:00
由國立清華大學教授段興宇帶領的研究團隊,研發出全新的電池材料「摻碘的紅磷奈米粒子」,它與目前鋰離子電池負極材料的石墨相比,有高達7倍的電容量,且耗材只要六分之一,更小、更輕、更具續航力。

許多科學家都在構思如何能突破現有鋰電池充電量的極限,以發展出體積更小、電量更高的電池。清華大學化學工程系師生團隊研發出全新電池材料,並製成全球第一個以紅磷為負極的全電池,可實際使用,研究成果已登上奈米科學國際期刊(Nano Letters),並獲得科普雜誌「美國化學化工新聞」(C&EN news)撰文報導。

清華大學教授段興宇表示,鋰離子電池目前廣泛用於3C商品,但它的充電量已無法再提升,因為負極所使用的石墨材料電容量已達極限,過去有學者想以磷來替代石墨,但問題是磷可蓄存的電量雖高,但幾乎不導電,如同絕緣體。於是他們耗時1年多,實驗過數百種材料後,發展出溶液合成法,使用三碘化磷為原料,在室溫下只要5分鐘就可合成出「摻碘的紅磷奈米粒子」(Lodine-Doped Red Phosphorus Nanoparticles),電導率可瞬間提升為原來紅磷的100億倍,且經過數百次的充電、放電後,仍可穩定不破裂。

段興宇:『(原音)這一類的奈米粒子,就是它奈米化了,而且它的電導率是一般商用紅磷的100億倍,這是一個很驚人的數字這樣,所以我們可以直接的把這個材料做成鋰離子用的電池,那也可以Demo出一個概念性的成品。』

段興宇以最新的蘋果手機iPhone7為例,目前使用的電池負極石墨耗重約6公克,若改用摻碘的紅磷奈米粒子,只要不到1公克就能有同樣的電容量。他提到,這項負極材料未來透過產學合作,將能有更廣闊的發展與應用。

段興宇強調,磷是地表上最豐富的元素之一,便宜又容易取得,使得新材料的發展潛力無窮,研究團隊已著手申請「摻碘的紅磷奈米粒子」多國專利,未來還將嘗試應用在鈉離子電池上,期盼能降低工廠大型儲能電網的成本,及提高可用的電容量,為新一代電池研發帶來更進一步的突破。

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