不要小看腳下的柏油路！瀝青陽極 5 分鐘充飽鋰電池
作者 Emma Lin | 發布日期 2017 年 10 月 05 日 8:43
（Source：萊斯大學）
我們知道鋰金屬由於其高比容量（specific capacity）和低化學電位特性而成為電池市場寵兒，但以純金屬鋰為電極的電池卻有一個致命傷：隨著充放電次數增加，電池內部會生成越來越多樹枝狀結晶，導致鋰電池短路而產生爆炸風險。為了改善這問題，1990 年代後鋰離子電池的陽極便多捨棄金屬鋰而改用嵌鋰的石墨，在一定程度上減少了樹突結晶的形成，但也因此出現另一個困擾：鋰電池效能大幅降低，儲電能力僅剩下以金屬鋰為鋰電池電極的十分之一。
不過，由萊斯大學材料科學與奈米工程學教授詹姆斯·托爾（James Tour）領導開發的鋰電池陽極一次解決了上述兩大問題。在實驗室中，研究人員使用瀝青製成多孔性碳陽極，尤其是未處理過的高錳礦來為鋰鍍層的廉價材料，實驗結果發現，電池產生的大電流密度（註 1）為 20 mA/cm2 ，經過 500 次充放電循環後，仍維持出色穩定性。
至於電池充電速度更是大幅提升 10~20 倍，詹姆斯·托爾表示，他們可以在 5 分鐘內將電池電量從零充到滿，若是其他電池，一般都需要 2 小時或更長時間才能充飽。
研究人員再將瀝青碳陽極和硫化碳陰極結合進行完整測試後，發現電池的功率密度（註 2）達 1,322 W/Kg，能量密度達到 943 Wh/Kg，作為比較，以鋰鈷氧化物為正極、碳為負極的鋰離子電池，其能量密度為 370 Wh/kg。顯然，對需要高功率密度的快速充放電裝置而言，瀝青材料彰顯了它的特殊地位。
2013 年時，詹姆斯·托爾實驗室曾經開發以石墨烯碳奈米管為陽極材料的鋰離子電池，這類陽極也可以阻止樹突結晶形成，不過相比之下，雖然兩者電池容量相差無幾，但瀝青複合材料的製造過程卻更簡單，成本也更低廉，它不需要電子束沉積、化學氣相沉積等步驟。這項研究已發表在美國化學學會的期刊上。
