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美研发出高速充放电的铝离子电池 商业化还需两年时间?

2016-11-16 09:38
路过的码农
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  在经济部能源局的支持下,工研院与美国史丹福大学共同合作,以石墨和铝为原料,成功研发出全球第一个可稳定高速充放电的铝离子电池。目前实验样品的充放电循环已可达2万次。此一研究成果日前于美国荣获2016全球百大科技研发奖(R&D Awards)肯定,工研院目前也已申请多国专利,此专利将与史丹福大学共享。

  相对于锂,铝是地壳中蕴藏量更为丰富的金属,约占地壳8%。除了价格便宜外,铝材料也较为环保,故十分受到世界各国电池储能研究团队的重视。工研院院长及资策会执行长刘仲明表示,过去铝离子电池的循环寿命太短,难以实际应用。研究团队带着这个困难到史丹福大学进行探索,花了一年左右的时间,终于有了重大突破。在学术方面,此研究成果登上了《Nature》期刊,也因为此研究的特点在于实际解决问题,因此在商业化上有很大的潜力。

  工研院新能源技术组组长万皓鹏表示,工研院一直很希望在铝电池领域有所突破,却迟迟无法成功。因此,研究团队带着发展铝电池组的构想到了史丹福大学,他们那里有一平台,汇集了世界各地研究者所提供的各种电池材料。很幸运地,工研院团队试到了铝电池需要的石墨材料。在过去,铝电池大约经过100次充放电后就不能再使用,而研究团队找到的石墨材料可以跟铝电池做匹配,且充放电可以达到7,500次,目前则已经提升到2万次。

  电池研发主要分成正极与负极材料,工研院一直无法突破的部分,在于正极材料,因而希望专精于奈米、碳材料的史丹福大学,能协助找出该材料。也因为双方合作,才找出可作为正极材料的石墨,并透过将铝氯离子在石墨的层状结构中嵌入/嵌出,实作出具备高速充放电并兼顾续航力特性的铝电池。另外,铝电池所使用的离子液体在室温下是液态的盐类,因此若遇到高温短路也不会起火,在安全性上占有相当优势。

  万皓鹏进一步分析,由于铝电池的能量密度比较低,所存的电量没办法像锂电池一样高,同样电量的话,铝电池会变得很大颗,所以要取代3C产品用的锂电池是不太可能的,除非在材料上有所改变。不过,虽然能量密度不如锂电池,但铝电池有机会在充放次数上取胜,可针对轨道车辆、大型电动车等应用领域发展,取代铅酸电池、超级电容等。

  工研院目前已做出电动车用的铝电池芯,未来一年希望能把相关材料做最佳化,并进一步提高蓄电容量。目前铝电池的蓄电容量是40~60Wh/Kg,铅酸电池是30 Wh/Kg,锂电池则是180~200Wh/Kg,据刘仲明估计,距离铝电池商业化,大约还需要两年时间。

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