固體電解質 導電率高 更長壽更安全 橡膠電池 續航力800公里

編譯/韋士塔 |2022.01.22
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全固態電池,可大幅提升電動車的續航里程。圖/美聯社
充電問題是電動車是否被廣泛採用的關鍵。圖/美聯社

編譯/韋士塔

南韓科學技術院(KAIST)宣布,研究人員已成功開發出彈性聚合物電解質,製作出目前全球性能最優異的全固態(all-solid-state)鋰金屬電池,可望突破目前的電動車續航力瓶頸,充電一次的續航里程高達800公里。

由生物技術工程教授金范俊(Kim Bum-jun,音譯)帶領的KAIST研究團隊,與美國喬治亞理工的研究人員合作,開發創新的橡膠高分子電解質。金范俊教授表示,這種全固態電池以新型的電解質取代傳統的液體電解質,能夠大幅降低電池起火等事故發生的機率,且能量密度更高,可大幅提升電動汽車行駛里程。

研究團隊指出,當前的電動車、電子產品和物聯網裝置,都需搭配能量儲存裝置使用,最常見的就是電池。然而,電池採用的電解液屬於易燃物質,在高溫條件下容易燃燒。此外,電池儲存的電力一旦耗盡,必須再次充電。

金范俊表示,彈性聚合物電解質堪稱電池的「夢幻」技術;這種固體電解質具有類似橡膠的彈性,內部以3D技術連接導電率極高的鋰離子晶體,導電率約比目前的聚乙烯氧化物(PEO)的電解質高100倍。此外,由於這種電解質能夠伸縮,可避免在電池充放電時產生鋰枝晶(dendrite)樹枝狀結晶,確保電池性能和穩定性,延長電動車電池的使用壽命。

金范俊教授指出,在清潔能源、減碳成為主流趨勢之際,全固態電池的商業化,攸關電動車市場的成長。包括南韓在內,科學家一直設法突破電池技術;KAIST曾開發出一種新型混合能量儲存裝置,不僅充電的速度極快,且採用對環境友善、安全係數較高的水系電解液,取代易燃的有機溶劑,適用於多種攜帶式電子裝置。不過,這種電池的成本較高,須設法壓低成本才能實現商業化。

南韓政府決定斥資2500萬美元,支持研發次世代電動車電池。研究人員指出,研發獎勵目標聚焦於鋰硫電池(lithium–sulfur battery)和全固態電池,若未來能大量生產,將可大幅提升南韓電動車的市占率,並且能進一步組成電動車製造和電池製造商的合作聯盟。

業界人士則表示,鋰硫電池的能源密度是鋰離子電池的3倍,可提升電動車續航力。此外,硫是較容易取得的材料,且成本較低。不過,鋰硫電池需要使用液態電解質,在安全性方面不如全固態電池,有自燃風險;有鑑於此,科學家正在研究新技術,設法使用較少的電解質來製作鋰硫電池。

南韓產業通商資源部(MOTIE)表示,將挹注資金,協助業者研發各種次世代電動車電池。MOTIE的官員表示:「我們希望業者能依據市場需求,研發最先進的電池技術,鋰硫電池和全固態電池都能提高電動車的續航力,且具備安全穩定的特性。」

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