電池電極增厚為何失效？化學性質才是關鍵因素

增加電池電極厚度雖能提升能量密度，但最新研究顯示，鋰離子電池效能取決於電極材料的熱力學特性，而非結構設計。萊斯大學材料科學家唐明領導的研究團隊發現，即使使用結構幾乎相同的厚電極材料，其內部化學性質仍會導致能量流動差異，進而影響整體效能。

該研究第一作者、萊斯大學博士校友李澤遠解釋：「厚電極如同海綿吸水，當水分只能快速滲入部分割槽域時，其餘部位就無法充分發揮作用。這正是目前厚電極面臨的挑戰。」研究團隊將成果發表於《先進材料》期刊，比較了磷酸鐵鋰(LFP)與鎳錳鈷氧化物(NMC)兩種常見電極材料，發現後者表現更優異。

李澤遠指出：「在相同迴圈測試條件下，LFP電極因鋰離子流動不均，會出現更嚴重的內部裂紋與容量衰減。若僅與孔隙通道設計有關，兩種電極表現應該相近。」研究團隊利用布魯克海文國家實驗室的高解析度X光影像技術，追蹤鋰離子在電極內部的移動路徑。

研究發現，LFP電極在靠近隔離膜的表面會形成強烈反應「熱區」，深層區域卻幾乎沒有反應活性。這種不均勻現象在電池靜置後仍持續存在。相較之下，NMC電極則展現更均衡的反應分佈。

唐明教授表示：「材料熱力學特性決定了反應擴散方式，這項發現為電池設計帶來新觀點，有助提升厚電極效能。」研究團隊據此開發出「反應均勻度指數」新指標，協助工程師評估材料在厚電極中的表現。

「反應不均會加速電池老化並浪費儲存容量，」唐教授強調：「這項發現為工程師提供明確指引，從材料選擇、微結構到幾何設計等面向，都能更精準地最佳化厚電極效能。」

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