製造更好的可充電鋰離子電池
科技學院，呂曉瑩博士
鋰離子電池 (LIB) 的高儲電能力 (技術上稱為「能量密度」)、可充電性和較長的壽命，使 LIB 被廣泛應用於便攜式電子設備，例如智能手機、數碼相機和筆記本電腦。LIB在電動汽車 (EV) 和混合動力電動汽車 (HEV) 中亦有璀璨的應用前景。以 EV 和 HEV 取代用化石燃料驅動的車輛可以顯著地減少空氣污染。然而，目前的 LIB 技術只容許 EV 在電池被完全充電一次後行駛一段相對短的距離。EV 每次充電的續航距離約為 200 公里，化石燃料汽車的續航距離則為 500 至 600 公里，這樣大的差距可能會削弱公眾轉用 EV 的意願。
呂曉瑩博士和她的研究團隊研究提高 LIB 的能量密度的方法，其中包括探索改變 LIB 的構成材料。傳統的 LIB 是由一種名為「石墨」的碳化合物製成的。呂博士將石墨的性能與一類名為「過渡性金屬氧化物」(TMO) 的材料進行了比較，發現 TMO 的能量密度明顯高於石墨。石墨的比容量約 372 mAh g-1，而氧化鈷 (一種 TMO ) 的比容量卻可高達890 mAh g-1。
圖1. (a) 石墨 (b) 過渡性金屬氧化物
此外，研究團隊發現改變 LIB 構成材料的結構排列會影響能量密度。例如，海膽狀結構 (技術上稱為「佳麗蘭狀」結構) 勝過矩形或六邊形結構。因此，TMO 材料中若存在微/納米結構，可以提高 LIB 的能量密度和循環壽命。
圖2. 產出微/納米結構MnCo2O4.5用作電池材料
在實驗室裡，研究團隊開發了比傳統石墨材料容量高 2 至 3 倍的 TMO 材料。研究工作將 TMO-LIBs 驅動的 EV 的潛在續航距離發展到可媲美化石燃料汽車，這使 EV 成為對駕駛者有吸引力的選擇。
圖3. 電池性能測試顯示高面積容量、出色的倍率性能和較長生命週期