城大研發全球首創、近乎沒有電壓衰減的嶄新電池技術

由香港城市大學（城大）領導的研究團隊在電池技術領域取得重大突破，將對未來能源發展產生深遠影響。

這項新發展克服了長期存在的電壓衰減難題，有助大幅提升能源儲存容量。

鋰離子電池廣泛應用於電子設備，富鋰錳基層狀氧化物因其高容量及低成本特性，大有潛力作為鋰離子電池正極材料。然而由於電壓衰減問題長期未能解決，對其應用構成阻礙。

城大物理學系系主任兼講座教授任洋教授、同系劉奇教授及其研究團隊憑着釋放富鋰錳基正極材料的潛力，解決了這一難題。在研究中，他們增加了正極材料中獨特蜂窩結構的穩定性，使電池更持久和高效。這些成果大有可能改變人們為設備供電的方式，並引領高能正極材料的開發進入新階段。

研究成果已於期刊《自然能源》（Nature Energy）上發表，題為「電壓衰減程度輕微的富鋰層狀氧化物正極」。

團隊運用創新方法，穩定原子層面的蜂窩結構。他們透過向正極材料加入額外的過渡金屬離子，增強蜂窩結構的穩定性，達致每個循環僅為0.02毫伏、近乎沒有的電壓衰減。這是首次研發出如此低程度電壓衰減的富鋰錳基正極材料。

團隊透過先進的原子尺度測量與計算，發現這些層間過渡金屬離子在蜂窩結構的上方或下方起到「帽子」的作用，可防止陽離子遷移並保持穩定。即使在高截止電壓和整個循環過程中，結構亦能保持完好，確保電池的結構完整性。

劉教授說：「我們的研究解決了富鋰錳基正極的電壓衰減問題，其容量幾乎是廣泛使用的正極材料的兩倍，最終可為更強大和持久的儲能解決方案開闢道路。」

研究成果對多種應用均有巨大潛力，包括為電動汽車以至便攜式電子產品充電。團隊下一步將擴大製造過程，實現大規模電池生產。

論文的第一作者是城大物理學系博士後羅冬博士、博士生殷子迦、南京理工大學朱賀博士（城大物理學系前博士後）及美國西北大學/波特蘭州立大學夏屹博士。通訊作者是任教授、劉教授、美國阿貢國家實驗室陸文泉教授及美國西北大學Christopher M. Wolverton教授。其他合作者還有來自中國科學院、清華大學和蘭州大學的研究人員。

https://www.cityu.edu.hk/zh-hk/research/stories/2023/09/27/novel-battery-technology-negligible-voltage-decay-developed-cityu-worlds-first