鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:329次 | 2023年07月25日
鋰硫電池關(guān)鍵障礙被突破 容量三倍于普通鋰電池
隨著電動(dòng)汽車越來越受歡迎,科學(xué)家們看到了鋰硫電池的巨大潛力,它是一種更環(huán)保的驅(qū)動(dòng)方式。這是因?yàn)樗鼈儾灰蕾嚢嘿F且難以獲取的原材料,例如鈷,但諸如穩(wěn)定性等問題迄今為止阻礙了該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。
近期,美國德雷塞爾大學(xué)(DrexelUniversity)的工程師們已經(jīng)取得了一項(xiàng)突破性進(jìn)展,他們說,通過利用一種硫的稀有化學(xué)相來防止破壞性化學(xué)反應(yīng),這使鋰硫電池更接近于商業(yè)用途。這項(xiàng)研究成果已于近期發(fā)表在了《通信化學(xué)》雜志上。
鋰硫電池在能源存儲(chǔ)方面前景廣闊,這不僅僅是因?yàn)榱騼?chǔ)量豐富,而且和當(dāng)今電池中使用的鈷、錳和鎳相比,硫的來源不成問題。同時(shí),鋰硫電池可能還會(huì)帶來一些顯著的性能提升,其存儲(chǔ)能量的潛力是目前鋰電池的幾倍。但有一個(gè)問題一直困擾著科學(xué)家,那就是多硫化物的形成。
當(dāng)電池工作時(shí),這些物質(zhì)進(jìn)入電解液中并引發(fā)化學(xué)反應(yīng),損害電池的容量和壽命??茖W(xué)家們已經(jīng)成功地用一種不和多硫化物發(fā)生反應(yīng)的醚電解質(zhì)取代了碳酸鹽電解質(zhì)。但這也帶來了其他問題,因?yàn)橐颐央娊赓|(zhì)本身極易揮發(fā),并且含有低沸點(diǎn)的成分,這意味著假如加熱到室溫以上,電池可能很快就會(huì)失效或熔化。
因此,德雷塞爾大學(xué)的化學(xué)工程師一直在研究另一種解決方法,他們從設(shè)計(jì)一種新的陰極開始,這種陰極可以和已經(jīng)在商業(yè)應(yīng)用中的碳酸鹽電解質(zhì)一起工作。這種陰極是由碳納米纖維制成的,已經(jīng)被證明可以減緩多硫化物在醚電解質(zhì)中的移動(dòng)。但是讓它和碳酸鹽電解質(zhì)一起工作要一些實(shí)驗(yàn)。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
首席研究員VibhaKalra表示,"有關(guān)商業(yè)制造商來說,目前使用的碳酸鹽電解液可以作為陰極,這是阻力最小的途徑。因此,我們的目標(biāo)不是推動(dòng)行業(yè)采用一種新的電解液,而是制造一種可以在現(xiàn)有鋰離子電解液系統(tǒng)中工作的陰極。"
科學(xué)家們?cè)噲D使用一種稱為蒸汽處理的技術(shù)將硫限制在碳納米纖維網(wǎng)中,以防止危險(xiǎn)的化學(xué)反應(yīng)。盡管這并沒有達(dá)到預(yù)期的效果,但以一種意想不到的方式結(jié)晶了硫,并將其變成了一種叫做單斜伽馬相硫的東西,這是一種元素略微改變的形式。
據(jù)悉,這種硫的化學(xué)相只能在實(shí)驗(yàn)室的高溫下出現(xiàn)或在自然界的油井中觀察到。研究人員則意外發(fā)現(xiàn),它不和碳酸鹽電解質(zhì)反應(yīng),從而消除了形成多硫化物的風(fēng)險(xiǎn)。
"起初,很難相信這是我們所檢測(cè)到的,因?yàn)樵谥暗乃醒芯恐校瑔涡本Я蛟?5°C(203°F)下一直不穩(wěn)定,"該研究的合著者RahulPai說,"在上個(gè)世紀(jì),只有少數(shù)研究出現(xiàn)了單斜伽馬硫,并且最多只能穩(wěn)定20-30分鐘。但我們?cè)陉帢O中創(chuàng)造了它,該陰極經(jīng)歷了數(shù)千次充放電循環(huán)而性能沒有下降。一年后,我們對(duì)它的檢查表明化學(xué)相保持不變。"
經(jīng)過一年的測(cè)試和4000次充放電循環(huán),陰極保持穩(wěn)定,科學(xué)家說,這相當(dāng)于10年的常規(guī)使用。該團(tuán)隊(duì)用這種負(fù)極制作的電池原型,可以供應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)鋰電池三倍的容量,為更環(huán)保的電池鋪平了道路,使電動(dòng)汽車在每次充電后能行駛更遠(yuǎn)。
標(biāo)稱電壓:28.8V
標(biāo)稱容量:34.3Ah
電池尺寸:(92.75±0.5)* (211±0.3)* (281±0.3)mm
應(yīng)用領(lǐng)域:勘探測(cè)繪、無人設(shè)備
Kalra說,"雖然我們?nèi)栽谂α私膺@種在室溫下保持穩(wěn)定的單斜晶硫生成背后的確切機(jī)制,但這仍然是一個(gè)令人興奮的發(fā)現(xiàn),它可以為開發(fā)更可持續(xù)和更經(jīng)濟(jì)的電池技術(shù)打開許多扇門。"