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高性能鋰硫電池新研究:碳納米球可提高充放電循環(huán)穩(wěn)定性

2020-05-24
來源:電子工程世界

  目前被廣泛使用的鋰離子電池可以實(shí)現(xiàn)265 Wh/kg的能量密度以及185 mAh/g的容量,而鋰硫電池理論上具備2,600 Wh/kg的能量密度以及1,675 mAh/g的容量。換句話說,鋰硫電池的性能比目前的鋰離子電池好10倍,應(yīng)用前景十分看好,但充放電過程中硫的轉(zhuǎn)化反應(yīng)緩慢,導(dǎo)致硫的利用率低、溶解現(xiàn)象嚴(yán)重,來自中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所(DICP)的劉健教授和吳忠?guī)浗淌陬I(lǐng)導(dǎo)的研究小組最近似乎已經(jīng)找到了解決方案:碳納米球鋰硫電池正極。

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  此項(xiàng)研究4月16日發(fā)表在能源材料領(lǐng)域國際頂級(jí)期刊Advanced Energy Materials(先進(jìn)能源材料)之上。這些納米球的工作方式類似于電池陰極納米反應(yīng)器,通過Fe1-xS電催化劑裝飾,可以解決鋰硫電池中多硫化鋰(LiPs)溶解的關(guān)鍵問題,要知道多硫化鋰溶解時(shí),電池會(huì)失去硫和充放電循環(huán)穩(wěn)定性。

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  這些納米球孔隙率高,可吸附高達(dá)75%的高硫負(fù)荷,從而避免多硫化鋰的溶解。根據(jù)研究人員的說法,在0.5 C的電流密度下經(jīng)過200個(gè)充放電循環(huán)后納米球的容量仍保持穩(wěn)定,從初始值 1070mAh/g幾乎沒有衰減。值得一提的是,電動(dòng)汽車可能面臨更大的電流密度,快充時(shí)可以達(dá)到4C。如果科學(xué)家們能夠證明這些碳納米球能夠抵抗如此高的電流密度,那么由此制成的鋰硫電池可能會(huì)比目前電動(dòng)汽車電池提供的續(xù)航里程高10倍,或者折中選擇電池尺寸少一半,但獲得5倍續(xù)航里程。

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  除此之外,鋰硫電池還有一個(gè)不可低估的成本優(yōu)勢。鋰硫電池所使用的材料要比鋰離子電池便宜得多,而且硫在自然界中非常豐富,因此,價(jià)格方面要比鋰離子電池低得多,有望實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車普及生命線的100美元/千瓦時(shí)成本。

  實(shí)際上,LFP磷酸鐵鋰電池最近已經(jīng)有了可喜的發(fā)展,但與上述成本線仍有一定距離。隨著電池技術(shù)的不斷發(fā)展,電動(dòng)汽車有著光明的未來,只是需要很長的時(shí)間才能最終到達(dá)。電動(dòng)汽車電池的更多消息,敬請關(guān)注新浪汽車的后續(xù)報(bào)道。


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