新型鋰-二氧化碳電池可儲存現行鋰離子電池能量的七倍 / source: https://www.adaptnetwork.com

鋰-二氧化碳電池(lithium carbon dioxide battery)的能量密度是目前日常使用的鋰離子電池的七倍以上,有潛力滿足未來電動車等大規模應用,是具有吸引力的能量儲存技術。但目前為止,儘管有儲存更多能量的潛力,科學家仍無法開發出可重複充電的原型電池。

伊利諾大學芝加哥分校(University of Illinois at Chicago)的研究人員已成功測試連續充放電 500 次的鋰-二氧化碳電池原型,證實此種電池能以重複充電的方式運行。該研究已發表於《先進材料》期刊(Advanced Materials)。

鋰-二氧化碳電池

該校機械與工業工程學系副教授阿敏·薩利希-霍賈尼(Amin Salehi-Khojin)表示:「鋰-二氧化碳電池長久以來一直很吸引人,但實際上到目前為止,我們還無法用它做出真正高效的電池。而我們獨特的材料組合有助於製造出效率更高,循環壽命更長的第一個碳中和鋰-二氧化碳電池,使其可用於未來的先進儲能系統中。」

傳統上,鋰-二氧化碳電池在放電時會產生碳酸鋰(lithium carbonate)和碳,發展這項技術的主要挑戰是如何使碳酸鋰和碳的形成和分解可逆,碳酸鋰本身可以循環使用,但是碳卻會堆聚在催化劑上,最終導致電池失效。該論文的第一作者,研究生亞爾茲·艾哈邁達伯達(Alireza Ahmadiparidari)表示:「碳的堆積不僅降低催化劑的活性,並阻礙二氧化碳的擴散,而且還會在充電狀態下發生電解質分解。」

創新材料

薩利希-霍賈尼教授與研究團隊在實驗性二氧化碳電池中使用了新材料,以促進碳酸鋰和碳的徹底回收。他們使用二硫化鉬(molybdenum disulfide)奈米薄片(nanoflakes)作為陰極催化劑,並以二甲基亞碸(dimethyl sulfoxide)和離子液體製出混合電解質,以幫助碳融入循環過程中。

具體而言,這項新的電池材料配方產生出一種有多種成分組合的單一複合物,從而使回收更有效。其達成的 500 次的循環充放電,遠比先前相似的研究還多。儘管此研究距離商業化仍有很長的路要走,但能量密度更高的鋰-二氧化碳電池未來有望成為再生能源的重要組成,甚至能成為另一種可能的碳捕獲系統。

參考資料:

  1. Ahmadiparidari, A., Warburton, R. E., Majidi, L., Asadi, M., Chamaani, A., Jokisaari, J. R., … Salehi‐Khojin, A. (2019). A Long‐Cycle‐Life Lithium–CO 2 Battery with Carbon Neutrality. Advanced Materials, 31(40), 1902518. doi: 10.1002/adma.201902518
  2. Gray, B., & Gray, B. (2019, September 29). First fully rechargeable carbon dioxide battery is seven times more efficient than lithium-ion and carbon neutral. Retrieved October 9, 2019, from https://www.adaptnetwork.com/tech/first-fully-rechargeable-carbon-dioxide-battery/.
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