12分鐘搞定充電！鋰硫電池如何改寫電動車未來？

「喝杯咖啡的時間就完成充電」是多數人對未來交通工具的想像。然而現今的電池技術仍與這個理想存在落差。雖然現代鋰離子電池能在20到30分鐘內完成20%至80%的充電，但完整充電需要更長時間，且快充會對電池造成不小負擔。

最近發表在《Advanced Energy Materials》期刊的一項國際研究報告指出，鋰硫電池(LSB)有望突破這些限制。這項由德國基爾大學Rainer Adelung教授研究團隊的Mozaffar Abdollahifar博士協調，結合德國、印度與臺灣研究人員的成果，系統性分析數百篇近期研究，找出讓鋰硫電池在高充電速率下仍能穩定高效運作的關鍵機制。研究團隊的終極目標是實現30分鐘內（理想值為12分鐘）的充電時間，同時具備更高能量密度與續航力。

鋰硫電池被視為傳統鋰離子電池的潛力替代品。不同於鋰離子電池將鋰離子儲存在固態電極材料中，鋰硫電池透過形成新化合物的化學反應運作。其採用金屬鋰陽極與硫陰極的組合，理論能量密度可達每公斤2,600瓦時，約是傳統系統的10倍，將大幅提升電動車單次充電的行駛距離。

另一項優勢在於：硫原料成本低廉、取得容易、對環境友善且無毒，這些經濟誘因使硫成為極具吸引力的陰極材料選擇。

不過，鋰硫電池要普及仍面臨技術挑戰。硫本身是絕緣體，必須混入導電新增劑，這會增加電池重量。此外，陰極在充放電過程中體積可能膨脹達80%，影響機械穩定性與電池壽命。

另一個關鍵問題是「穿梭效應」：放電過程中會形成可溶性多硫化鋰，這些物質會移動至陽極並引發不必要的副反應，降低電池效率與穩定性。主要作者Jakob Offermann解釋：「更嚴重的是，鋰金屬陽極可能形成針狀的枝晶結構，導致短路甚至引發火災。」

這項研究特別聚焦於快充（2C以上，即30分鐘內）與高硫負載的相關研究，這兩項特性都是實際應用的關鍵。重點策略包括：

Abdollahifar博士表示：「我們的分析顯示，在30分鐘內（部分案例甚至在15分鐘內）完成快充同時保持容量是可行的。現行原型機在實際充電速率下已能達到每平方公分2毫安培小時的表現。但要真正超越現有鋰離子電池，仍需進一步提升材料負載與效能。」

這項研究整合材料科學、電化學、奈米科技與電池工程，提出快充電池的整合性解決方案。研究團隊發展出一套新方法論，為開發高效能、長壽命且安全的鋰硫電池提供明確指引。透過建立清晰標準與系統化方法，這項研究為鋰硫電池在交通運輸與能源儲存領域的實際應用描繪出可行路徑。

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