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科學家研發新型陰極制備法 讓儲能超10倍的鋰硫電池取代鋰離子電池

瀏覽次數:162 發布日期:2019-11-08

據外媒報道,新加坡科技研究局(A*STAR)納米生物實驗室(NBL)的科學家研發出一種新穎的方法來制備下一代鋰硫電池陰極,而且該方法簡化了鋰硫電池陰極耗時且復雜的生產過程。該研究表明鋰硫電池商業化有了希望,而且解決了行業內的一個挑戰,即需要一種實用方法以大規模生產能夠提升電池性能的材料。

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盡管人們普遍認為鋰離子電池是一種先進的技術,可以有效地為現代通信設備提供動力,但是由于其內在電化學屬性不穩定,存在存儲容量有限以及安全性不足等缺點。不過,NBL研究團隊研發了一種新型簡化技術,能夠從廉價的商用材料中研發出鋰硫電池陰極,從而改變現狀。在理論上,硫的能量密度高、成本低且儲量豐富,有助于鋰硫電池系統得到普及,進而替代鋰離子電池。

理論上說,鋰硫電池可存儲比鋰離子電池多10倍的能量,但是目前為止,此種電池無法重復充放電。NBL研發的鋰硫電池陰極卻顯示了良好的比容量,高達1220 mAh/g,意味著每1g的陰極材料就可存儲1220 mAh的電荷。相比之下,典型鋰離子電池陰極的比容量為140 mAh/g。此外,NBL的鋰硫電池陰極在200次以上的充電循環后,仍保持很高的容量,性能的損失降至最小。能夠達到此種性能的關鍵在于NBL采用了獨特的陰極制備兩步法。

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研究人員在添加硫之前,先構建了碳支架,得到一種3D互聯多孔納米材料。與傳統制備陰極的方法不同,該方法可以在電池充電時,防止碳支架坍塌。在電池充放電初期,傳統法制備的陰極碳支架會坍塌,從而導致整個電池結構的變化。最終,傳統陰極的密度變得更高、表面積更小、孔隙也更小,進而導致電池的性能低于NBL的電池。事實上, NBL陰極的比容量比傳統法制備而成的硫陰極高出48%,容量消褪率降低了26%。如果該陰極中添加了更多的硫,NBL陰極的實用表面積容量高達4 mAh / 平方厘米。

NBL的研究人員不僅在設計和優化陰極,還在利用納米材料工藝對陽極、電池隔膜和電解質進行設計和優化。研究人員的目標是研發出一套完整的鋰硫電池系統,與傳統鋰離子電池相比,該系統將具備更強的儲能能力,而且比現有的電池壽命更長,能夠給電子設備、電動汽車和電網儲能等帶來很大的益處。(文中圖片均來自新加坡科技研究局)

來源:蓋世汽車

作者:余秋云

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