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    鋰硫電池關鍵障礙被突破 容量三倍于普通鋰電池

    2022-02-12 12:05:05    來源:財聯社

    隨著電動汽車越來越受歡迎,科學家們看到了鋰硫電池的巨大潛力,它是一種更環保的驅動方式。這是因為它們不依賴昂貴且難以獲取的原材料,例如鈷,但諸如穩定性等問題迄今為止阻礙了該項技術的發展。

    近期,美國德雷塞爾大學(Drexel University)的工程師們已經取得了一項突破性進展,他們說,通過利用一種硫的稀有化學相來防止破壞性化學反應,這使鋰硫電池更接近于商業用途。這項研究成果已于近期發表在了《通信化學》雜志上。

    鋰硫電池在能源存儲方面前景廣闊,這不僅僅是因為硫儲量豐富,而且與當今電池中使用的鈷、錳和鎳相比,硫的來源不成問題。同時,鋰硫電池可能還會帶來一些顯著的性能提升,其存儲能量的潛力是目前鋰離子電池的幾倍。但有一個問題一直困擾著科學家,那就是多硫化物的形成。

    當電池工作時,這些物質進入電解液中并引發化學反應,損害電池的容量和壽命??茖W家們已經成功地用一種不與多硫化物發生反應的醚電解質取代了碳酸鹽電解質。但這也帶來了其他問題,因為乙醚電解質本身極易揮發,并且含有低沸點的成分,這意味著如果加熱到室溫以上,電池可能很快就會失效或熔化。

    因此,德雷塞爾大學的化學工程師一直在研究另一種解決方案,他們從設計一種新的陰極開始,這種陰極可以與已經在商業應用中的碳酸鹽電解質一起工作。這種陰極是由碳納米纖維制成的,已經被證明可以減緩多硫化物在醚電解質中的移動。但是讓它與碳酸鹽電解質一起工作需要一些實驗。

    首席研究員Vibha Kalra表示,“對于商業制造商來說,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,我們的目標不是推動行業采用一種新的電解液,而是制造一種可以在現有鋰離子電解液系統中工作的陰極。”

    科學家們試圖使用一種稱為蒸汽處理的技術將硫限制在碳納米纖維網中,以防止危險的化學反應。盡管這并沒有達到預期的效果,但以一種意想不到的方式結晶了硫,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。

    據悉,這種硫的化學相只能在實驗室的高溫下產生或在自然界的油井中觀察到。研究人員則意外發現,它不與碳酸鹽電解質反應,從而消除了形成多硫化物的風險。

    “起初,很難相信這是我們所檢測到的,因為在之前的所有研究中,單斜晶硫在95°C(203°F)下一直不穩定,”該研究的合著者Rahul Pai說,“在上個世紀,只有少數研究產生了單斜伽馬硫,并且最多只能穩定20-30分鐘。但我們在陰極中創造了它,該陰極經歷了數千次充放電循環而性能沒有下降。一年后,我們對它的檢查表明化學相保持不變。”

    經過一年的測試和4000次充放電循環,陰極保持穩定,科學家說,這相當于10年的常規使用。該團隊用這種負極制作的電池原型,可以提供標準鋰離子電池三倍的容量,為更環保的電池鋪平了道路,使電動汽車在每次充電后能行駛更遠。

    Kalra說,“雖然我們仍在努力了解這種在室溫下保持穩定的單斜晶硫生成背后的確切機制,但這仍然是一個令人興奮的發現,它可以為開發更可持續和更經濟的電池技術打開許多扇門。”

    關鍵詞: 鋰硫電池

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