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    歷經10年研究,鋰硫電池技術終于成熟,電動汽車的續航再提升三倍

    2022-04-06 14:39:58    來源:騰訊網

    根據最新消息報道,鋰硫電池即將商用,這無論是對于工業界還是學術界來說都非常的震驚!

    鋰硫電池的理論能量密度高達2600Wh/kg,相當于目前磷酸鐵鋰電池能量密度的18倍!鋰硫電池的成功商用,對于電動汽車行業來說,無異于是革命性的突破。

    最先發布這個消息的是德國的一家電池研究機構Theion,這個機構擁有30多名世界知名的電池科學家,這也是為什么他們的消息引來眾多外媒爭相報道的原因之一。

    最近鋰硫電池特別吸睛,學術界一連好幾篇大文章報道了其技術的突破性進展,只是沒想到這么快就即將商用,令人感到不可思議。

    雖然鋰硫電池擁有超高的能量密度,但是它的一些致命短板導致它遲遲無法商用,比較主要的問題有幾個:

    充放電過程中陰極產生的多硫化物會溶于電解質,導致電池容量急劇下降,循環壽命非常短,甚至一個循環后電池就會失效。這也是制約它商用的一個致命短板。

    硫的電子導電性和離子導電性都很差,不利于電池的高倍率性能。

    硫在充放電過程中,體積的變化非常大,有可能會導致電池損壞。

    因此,科學家嘗試了很多辦法來解決這些問題,比如在過去的十年中,大多數的鋰硫電池采用醚來代替碳酸鹽作為電解質,因為醚不會與多硫化物發生反應,鋰硫電池也因此表現出了卓越的性能。

    但是醚電解質極易揮發,故而在電池溫度高于室溫時電池容易發生故障。

    另外,在陰極材料上,將硫與碳材料復合,利用碳材料的硬度來解決體積膨脹的問題,同時改善硫的導電性。

    盡管,最近學術界在以上解決方案中取得了一些突破性進展,但是離商用還有一定的距離。

    那么,Theion研究機構在鋰硫電池技術上做了什么,以至于他們研發的新型電池能那么快商用呢?

    其首席執行官Ulrich Ehmes博士說:“現有的電池技術使用鎳、錳和鈷作為陰極,它被稱為NMC811,因為它含有80%的鎳、10%的鈷和10%的錳。在我們的方案中,我們用硫磺代替了這個NMC811。所以我們沒有鎳,沒有錳,沒有鈷,我們用石墨烯代替了當前的銅和鋁的集體折疊,所以我們的電池中也沒有鋁和銅。我們的電池中只有鋰金屬箔、硫和碳。為了使這項技術發揮作用,硫必須熔化形成晶體。”

    他們的技術是將硫的晶體材料特性與碳納米管和專利固體電解質結合在一起,硫晶體與碳納米管結合解決了硫的導電性及體積膨脹問題,固體電解質用以防止不良化學反應的產生。

    經過十年的努力,他們研發的新型鋰硫電池在保證了高能量密度的同時延長了電池的循環壽命。

    目前,他們的第一代技術已經將鋰硫電池的能量密度做到了500Wh/kg和800Wh/L,他們的目標是在2023年,第二代技術將鋰硫電池的能量密度提高到700Wh/kg和1000Wh/L;在2024年,第三代技術將鋰硫電池的能量密度提高到1kWh/kg和1200Wh/L!

    他們聲稱,僅第一代電池就能將電動汽車的續航里程提升三倍!達到一次充電行駛900英里(1440公里)的里程!但是目前他們并不打算將其技術提供給電動汽車行業,而是提供給航天工業。

    他們打算到2024年,再將其技術提供給電動汽車行業,到那時,電動汽車的續航里程會得到極大的提高,此外,電池重量只有225公斤,比目前大多數電動汽車的電池都要輕。

    當然,這么大能量密度的電池也有一定的缺點,就是充電時間會比較長,使用普通家用充電器大約需要30小時才能充滿,使用最快的直流快充充電器也可能需要一個多小時才能將電池充到80%。

    另外,這些新型電池的循環壽命還不是很長,目前只有1000次循環,這可能也是鋰硫電池的一個特點。

    但是充一次電可以擁有超高的續航,1000次循環壽命也足夠了。

    鑒于鋰硫電池價格比較低,如果他們能按目標交付新型的鋰硫電池,電動汽車的價格將大幅下降,續航里程焦慮也將會消除。

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    作者為中國科學院博士,美國藤校研究員,科學技術控,接觸一線科技研發,樂于分享,歡迎關注科技酷探。

    關鍵詞: 歷經10年研究 鋰硫電池技術終于成熟 電動汽車的續航再提

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