電池技術新突破 電動汽車充電僅幾分鐘

美國研究人員開發出一種新的電池技術，可用於設計高功率密度的儲能設備，其功率密度比一般鋰離子電池高100倍，對電動汽車非常有用，可將充電時間從幾小時減少到幾分鐘以內，有助於未來推廣環保的電動車。

據PhysOrg.com網站報導，這種新設備被稱為「石墨烯表面驅動鋰離子交換電池」（graphene surface-enabled lithium ion-exchanging cells），或簡稱「表面介導電池」（surface-mediated cells，SMCs），雖然目前尚未使用最佳的材料和結構，但它們的性能已經可以超越鋰離子電池和超級電容器。

研究人員表示，功率密度越高，能量轉移速度越快，充電速度也越快。這種「表面介導電池」的功率密度為每公斤電池100千瓦（100 kW/kgcell），比商業化鋰離子電池高100倍，比超級電容器高10倍。
此外，「表面介導電池」可儲存的能量密度為每公斤電池160瓦時（Wh/kgcell），比傳統超級電容器高30倍，足以媲美商業化鋰離子電池。研究人員指出，能量密度越大，相同體積的設備可以儲存的能量越多，也可讓電動汽車行駛更長的里程。

報導說，就能量儲存而言，鋰離子電池和超級電容器各有優缺點。雖然鋰離子電池的能量密度（120-150瓦時/公斤電池）比超級電容器（5瓦時/公斤電池）大得多，但這種電池的功率密度（1千瓦/公斤電池）遠比超級電容器（10千瓦/公斤電池）小得多。許多研究人員試圖增加鋰離子電池的功率密度，或提高超級電容器的能量密度，但仍面對很大的挑戰。

研究人員說，「表面介導電池」的開發，縮小了鋰離子電池和超級電容器在性能上的差距，研究人員可以同時提高能量密度和功率密度，不必犧牲一個來換取另一個。

這種電池的性能關鍵，在於它的陰極和陽極都含有非常大的石墨烯表面。在首次放電週期，陽極的鋰金屬被離子化，產生比鋰離子電池還多的鋰離子數量。當電池被使用時，這些鋰離子通過液體電解質移動到陰極，進入陰極內很大的石墨烯表面。當電池被充電時，大量的鋰離子從陰極迅速移動到陽極。由於陰陽電極的表面積很大，大量鋰離子可在電極之間快速穿梭，並產生很高的能量和功率密度。

研究人員指出，雖然目前石墨烯的價格高昂，但隨著製造商的產能增加，其生產成本預計在未來1至3年內顯著降低，因此，「表面介導電池」走向商業化並不會遭遇大的障礙。