金屬鋰的儲量較為稀少、開採成本昂貴,相比之下,金屬鈉具有豐富的資源優勢,且理論電容量高。因此在儲能系統的負極材料中,鈉被認為是最具吸引力的鋰的替代品。
鈉離子電池的研究,近年也來備受關注,不過鈉離子電池也會遇到樹枝狀結晶(dendrite)問題。樹枝狀結晶會在電池充電過程中會產生樹枝狀結晶,但在放電時過程無法百分之百溶解,致使殘存的樹枝狀結晶在後續充電中繼續成長,以致穿刺隔膜,造成正負極的短路。樹枝狀結晶不但影響電池壽命,更有安全上的問題。
英國布里斯托爾大學(University of Bristol)的研究人員針對這個問題提出了新的解決方案。該團隊與倫敦帝國學院(Imperial College London)、倫敦大學學院(University College London,UCL)攜手合作,成功從褐藻中取出纖維素,利用它來製造了一種隔膜,它可以阻止樹枝狀結晶穿破,甚至還提高電池的性能。
這項研究於9月分,發表在材料科學專業期刊《先進材料》(Advanced Materials)上。團隊測試指出,新電池能在充放電1千次循環中維持高能量密度,並實現前所未有的長時間穩定性。
這項工作為開發穩定、低成本和安全可靠的鈉離子電池,開闢一條新的簡便途徑。下一個挑戰是擴大這些材料的生產規模,並取代當前以鋰金屬為基礎的技術。
該研究第一作者、布里斯托爾大學複合材料研究所(Bristol Composites Institute,BCI)王靜(譯音,Jing Wang)博士說,「隔膜的功用是分離電池中的正負兩極,讓電池能自由傳輸電荷。我們已經證明,褐藻材料讓隔膜變得非常堅固,還防止被樹枝狀結晶刺穿。此外,新的隔膜還提高容量和效率,延長電池的使用壽命,這正是為手機等設備,供電更長時間的關鍵。」
同樣來自BCI的阿瑪卡‧奧尼安塔(Amaka Onyianta)博士是該研究的聯合作者,他說:「看到這些材料能夠增強隔膜,同時提升我們向鈉離子電池邁進的能力,我很高興。這意味著我們不必依賴鋰等稀有材料,這種材料通常以不道德的方式開採,並使用大量的自然資源(如水)來提取它。」
BCI領導這項研究的史蒂夫‧艾希霍恩(Steve Eichhorn)教授說:「這項工作確實證明,更環保的儲能形式是可能的,而且在生產過程中不會對環境造成破壞。」◇