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媒體報導

清大研發7倍容量新電池 登頂級期刊
新聞來源:中時電子報   發佈時間:2017-04-12 15:08:56

2017-04-11 記者 陳宜加 報導

3C產品當道,如何做出體積更小、電量更高的電池,是國際間科學家最想取得的突破。清華大學化工系教授段興宇團隊,研發全球第一個以紅磷為負極的「海量」電池,電容量是鋰電池的7倍、耗材僅需6分之1,研究成果登上奈米科學標竿期刊《Nano Letters》,也獲美國化學化工新聞(C&EN news)撰文報導。
 
段興宇團隊研發全新電池材料「摻碘的紅磷奈米粒子」,理論電容量是目前鋰離子電池使用的負極材料石墨的7倍、但耗材僅需6分之1,不僅衝破鋰電池充電量的天花板,更大幅延長電池續航力,為電池研究立下新里程碑。
 
團隊更用這個全新材料,成功做出全球第一個紅磷為負極的「全電池」,也就是可以實際使用的電池。團隊已申請多國專利,並將嘗試應用於鈉離子電池,可望降低大型儲能電網成本、提高可用電容量,為新一代電池革命性突破。
 
段興宇表示,磷是地表上最豐富的元素之一,便宜也易取得,潛力無窮;以蘋果手機iPhone 7為例,目前作為電池負極材料的石墨耗重約6公克,若改用新材料不到1公克,即有相同電容量,意即更小、更輕、續航力更佳。
 
段興宇說,目前鋰離子電池廣泛使用於3C商品,但作為負極材料的石墨電容量已達極限,過去雖有學者嘗試以理論電容量為石墨7倍的磷替代,卻苦於磷幾乎不導電、如同絕緣體;即使成功充放電,也容易急劇膨脹而破碎。
 
團隊耗時1年多,實驗數百種材料,終於利用「溶液合成法」,使用三碘化磷為原料,室溫下5分鐘便能合成「摻碘的紅磷奈米粒子」,導電率大幅提升為100億倍,且這種新材料經過數百次充放電後,仍維持穩定不破裂。
 
研究論文第一作者張維中指出,成功關鍵在於「反向思考」,以往研究嘗試合成奈米磷化物時,多使用要在高溫下才能釋放磷的前驅物,但團隊一次偶然試用沸點較低的前驅物三碘化磷,產生意想不到的好效果,也是全球首例。
 
團隊成員曾冠維笑說,實驗彷彿「在茫茫的化合物大海中,尋找最佳組合,載浮載沉、失敗數百次」,當得知「配對」成功瞬間,感動難以言喻。