新型锂硫电池问世,手机充一次电可用5天

新型锂硫电池问世,手机充一次电可用5天

新型锂硫电池问世,手机充一次电可用5天

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面对这一系列苦恼,近日澳大利亚科学家的最新研究带来了令人振奋的消息。他们通过研究证明:锂硫电池能量密度将是传统锂电池的4倍,可以让手机充一次电使用5天,还可以让电动车续航里程长达1000km。

据了解,锂硫电池是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池,截止2013年尚处于实验室科研阶段。锂硫电池的原材料——单质硫在地球中储量丰富,具有价格低廉、环境友好等特点。利用硫作为正极材料的锂硫电池,具有更高的容量和能量密度(分别达到1675mAh/g和2600Wh/kg ),远远高于目前广泛应用的钴酸锂电池容量(<150mAh/g)。

不过锂硫电池研发之路并不顺畅,锂硫电池循环寿命短,硫的绝缘性与锂容易衰退等制约着其从实验室迈入商业阶段。专家指出,硫电极的充电和放电反应较为复杂,且充放电过程中的中间产物尚没有明确的认识。

因此,目前锂硫电池发展瓶颈主要体现在三个方面:锂多硫化合物溶于电解液,增加了电解液的粘度,降低了离子的导电性;硫作为不导电的物质,导电性非常差,不利于电池的高倍率性能;硫在充放电过程中,体积的扩大缩小非常悬殊,有可能导致电池变形损毁。

新型锂硫电池问世,手机充一次电可用5天

近年来,为了提高活性物质硫的利用率,限制多硫化锂的溶解以及电池循环性能差的问题,国内外研究者们在电解质及复合正极材料改性等方面进行了大量探索研究。

对于电解质的改性,主要采用固体电解质、凝胶电解质或在电解液中添加LiNO3离子液体等措施,以限制电极反应过程中产生的多硫化锂溶解和减小“飞梭效应”,提高了活性物质硫的利用率,从而改善锂硫电池的循环性能。对于硫基复合正极材料的改性,主要是将具有良好导电性能及特定结构的基质材料与单质硫复合,来制备高性能的硫基复合正极材料。

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澳洲莫纳什大学(Monash University)的研究团队表示,锂硫电池的发展挑战就某方面来说,也是因为硫电极的储电容量太大,以至于无法承受应力而破裂。通常电池充放电过程中往往伴随着体积变形,无数次膨胀收缩后的应力累计会破坏电极结构,这会让电极负责传导电子的碳基体、粘合碳与硫的聚合物粘着剂受损,使得电池性能下降。

因此,该研究团队决定研发全新的粘着剂。他们提出的解决方法,不是打造让碳与硫更紧密粘合的粘着剂,而是在碳与硫之间留下恰到好处的距离。这样当碳机体与硫在电极膨胀时,彼此之间还有一定的空间,而不至于应力破损。他们认为,这样硫阴极就能承受更高的应力负荷,整体性能也不会下降,相关研究成果已发表于《Science Advances》。

新锂硫电池在充放电循环200次测试中,充放电效率高达99%,同时还表现出了前所未有的高储电容量。该团队研究人员表示,新型的锂硫电池不仅拥有出类拔萃的性能与使用寿命,其采用的水基工艺制造起来也比较简单,成本相对也会更低,还可大幅减少对环境有害物的产生。

目前,团队已为该新型锂硫电池申请了专利,并希望未来能将其大量应用于电动车或电池储能系统。

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由于锂硫电池重量轻,且不需要添加氟等优势,因此国内外科学家们对其充满了关注与期待。希望在他们的持续研发与不懈努力下,未来人们可以享用更加轻便、成本更加低廉、储电容量更大的电池。

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