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新能源汽车锂硫电池接连取得突破

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-11-28  浏览次数:354
核心提示:近些年来,伴随着新能源电动汽车和各类便携式电子设备的应用,人们对储能装置(即电池)提出更安全可靠续航更长的新要求。传统的

近些年来,伴随着新能源电动汽车和各类便携式电子设备的应用,人们对储能装置(即电池)提出更安全可靠续航更长的新要求。传统的锂离子电池受限于本身的比能量密度,无法达到更高的续航能力,而且本身也具有一定的安全隐患。所以急需开发新的安全可靠,续航更足的可应用的电池体系。

图/新能源汽车

锂硫电池,是一种以硫元素作正极,金属Li(锂)作负极的一种电池体系,属于锂电池家族的一员。理论上,锂硫电池达到了将近1700mAh/克的比容量,比能量密度达到了2600Wh/千克,是目前广泛应用的锂离子电池的十倍以上(小于150mAh/克)。并且,硫元素是一种相对而言对环境友好的元素,基本没有环境污染问题,而且国内硫矿资源较为丰富,造价相对实惠,因而成为了电化学领域的研究热点,被认为下一代的电池体系之一,是一种具有广阔应用价值的电池体系。但是锂硫电池也有其固有的缺陷。首先,生成的硫化锂等导电性能差,这导致电池的倍率低下;其次,在充电放电循环过程中会产生多硫化物,出现“穿梭效应”;另外,在金属Li负极还会出现枝晶,导致放电中断。因此,开发出具有良好导电性能和能吸附多硫化物的材料,又能保证安全而不牺牲电化学性能的体系,是锂硫电池应用的关键所在。

图/电动汽车电池

近期,国内相关领域学者在锂硫电池研究方面取得多项进展

华南理工大学的王海辉团队与澳大利亚阿德莱德大学的乔世璋团队合作开发了一种二维MoN-VN异质结构控制多硫化物用于高效锂硫电池,他们利用二维异质结构MoN-VN作为硫主体,来调节硫化锂,具有比二维MoN更高的硫利用效率。而V的掺入增强了对多硫化锂的吸附,从而让锂硫电池具有更高得电池容量和更优异循环性能。

图/二维材料参与的锂硫电池文献

中科院青岛能源所先进储能材料与技术研究组以石墨烯,木质纤维素和碳纳米管为原料对正极的载硫材料进行改性,合成了一种“类钢筋混凝土”结构的柔性载硫材料,并利用这种材料组装电池。在0.1C下电池容量可以达到1630mAh/克,1C下500次循环充电放电仍能保持86.5%的比容量,0.5C下100次循环能保持90%以上的电池容量。这种材料实现了同时提高锂硫电池的载硫量、硫利用率和循环寿命。也为锂硫电池的研究提供了崭新的思路。

图/柔性载硫材料锂硫电池文献

而上海交通大学王久林研究团队则在电池安全性能上取得了突破。他们制备了一种新的锂硫电池电解质溶液(用双氟磺酰亚胺锂溶于磷酸三乙酯和高闪点氟代醚获得了饱和电解液),与高浓度电解液相比,新的电解液成本低,粘度低而且增强了对金属Li电极的保护。能够有效清除Li电极的枝晶,从而清除可能存在的安全隐患。同时在60度以上高温下提高了安全性和电化学性能。

图/新电解液体系锂硫电池文献

相信在科学家们的努力下,新的电池体系能够尽快的出现在我们的日常生活,改善我们的生活,同时能够更好的保护环境。当然也希望科学家们在废旧电池的回收上有所进展。

 
 
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