奈米碳管衝高鋰電池效能
- 上線日期：2010/9/10 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國科學家最近發表一種新技術，能讓奈米碳管成為鋰電池的理想電極材料，並使鋰電池的輸出功率(power out)提升達十倍。此研究將有助於製造出體積更小的電池，並應用於更多可攜式電子裝置上，更可以應用在大型設備如電動車及工業機台上。
傳統鋰電池的結構包含兩個電極：陽極(即負端)與陰極(即正端)，而中間以電解液來區隔。電解液為導電材料，當中所含的離子可以在兩極間順利移動，以進行電池的充放電循環。雖然鋰電池應用在可攜式電子裝置上已成常態，但其輸出功率和電荷儲存量(charge-storage)仍遠落後於傳統的電化學電容器(electrochemical capacitors)，不過鋰電池仍然具有幾項優勢，例如它的自放電比(rate of self-discharge)低很多。
麻省理工學院(MIT)的Yang Shao-Horn等人最近找到一個提升鋰電池輸出功率的方法。他們使用多壁式奈米碳管(multi-walled carbon nanotube, MWCNT)薄膜來取代鋰電池的一端電極，作法是將ITO玻璃或是金屬薄片浸入奈米碳管的分散溶液中，溶液中的碳管表面已接上羧基(COOH)或氨基(NH2)作改質。如此一來，碳管薄膜會因這些基團的正負電特性，而層層緊密吸附貼合，加熱後便形成穩定而堅固的薄膜。
改良後的鋰電池輸出功率與目前的電化學電容器相當(100kWKg-1)，但其重量儲能密度(gravimetric energy，即單位重量可以儲存之電荷量)卻高出十倍。研究人員將此效能的提升歸因於奈米碳管電極可以更有效地捕捉並儲存大量鋰離子，原因是在充放電過程中，碳管表面有大量氧化基團在進行氧化還原反應。此外，由於碳管的化學性質穩定，經過一千次的充放電循環，電池依然能維持良好性能。
目前所使用的碳管電極膜厚約數微米，因此只適用於小型、可攜式的應用，該研究團隊期望未來能將電極厚度提升至50微米，以放寬應用的範圍。詳見Nature Nanotechnology 5, p.531-537 (2010)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/42997
譯者:蘇清源(中央研究院應用科學研究中心)
責任編輯:蔡雅芝
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