【電池技術】天氣太凍手機「罷工」？　美大學用石墨烯泡沫研發「電池外套」

鋰離子電池應用廣泛，智能電話、手提電腦、電動車都看到它們的身影。不過鋰電池對於溫差十分敏感，容易影響其性能。美國普渡大學（Purdue University）團隊研發「石墨烯泡沫」，為電池吸熱或散熱。

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由於鋰離子電池的建議溫度為攝氏 0 至 45 度，如果在冰天雪地的環境使用智能手機，其很快就會停止運作。美國普渡大學材料工程系教授 Xiulin Ruan 指，電子裝置的尺寸愈來愈輕巧，但功能愈來愈強大，因此散熱（Thermal management）功能也變得十分重要。

為了解決鋰離子電池難以適應溫度太高和太低的環境，於是利用石墨烯製成「電池外套」。石墨烯是六角形蜂窩狀排列的薄膜，其導電性、導熱性佳，既可變成絕緣材料亦可化身超導材料。普渡大學團隊解釋，石墨烯泡沫內的氣穴（Air pockets）會鎖住熱量，讓石墨烯變成絕緣體。但將石墨烯泡沫內的空氣擠出，氣穴中的熱量就會透過泡沫傳導出去，團隊能依據泡沫的壓縮程度，精確調整熱的傳遞。

▲ 石墨烯泡沫算是種市售產品，碳納米粒子以特定沉積方式構成，中間則有許多微小的氣穴。（Purdue University）

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團隊透過物質的雙重特性，研製出可以在絕緣體與導體之間來回切換的泡沫保護層。在實驗中，將泡沫夾在加熱器與散熱器之間，用紅外線顯微鏡測量溫度和熱流，發現當泡沫的厚度維持在 1.2 mm 時，會變成絕緣體。但把厚度壓縮至 0.2 mm 時，導熱性能竟可提高 8 倍。

團隊表示，看好石墨烯泡沫在手機等個人電子產品的前景，未來也有計劃將其應用於電動車、電池這類對溫度相對敏感的大型電池模組中。

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記者：廖淑瑩