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“三明治”锂硫电池面世

导读: 目前主宰全球电动车市场的锂电池尚不能满足消费者对于一次充电行驶300英里以上的要求。而锂硫电池是实现这一目标的优良替代品,不过由于这种电池过快的老化速度使得其无法在车辆上应用。

  目前主宰全球电动车市场的锂电池尚不能满足消费者对于一次充电行驶300英里以上的要求。而锂硫电池是实现这一目标的优良替代品,不过由于这种电池过快的老化速度使得其无法在车辆上应用。

  美国劳伦斯伯克利国家实验室研究人员elton cairns带领团队制造的锂硫石墨烯氧化物电池,已经实现一次充电行驶300英里的目标。该电池主要优势在于更高的比能量,相对于锂电池的200 w·h/kg,这种锂硫电池可达400 w·h/kg,具有高倍率性能、更好的安全性和低成本。

  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,比容量高达1675mah/g,远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量。而且,硫是一种对环境友好的元素,对环境基本没有污染,因此锂硫电池是一种非常有前景的锂电池。

  锂硫电池以硫为正极反应物质,以锂为负极。放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子,正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物,正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。在外加电压作用下,锂硫电池的正极和负极反应逆向进行,即为充电过程。

  锂硫电池的容量降低大部分归因于中间反应产物——多硫化锂在电解液中的溶解。针对这一问题,cairns采用一种三明治结构,将硫电极夹在内外两层材料之间,内层为石墨烯氧化物,外保护层为十六烷基三甲基溴化铵,以阻止多硫化物的形成。结合此前已有的一些概念,诸如离子液体电解液,以及弹性体苯乙烯-丁二烯橡胶/羧甲基纤维素粘合剂等,加上新电极的使用,可以进一步降低硫的损耗。

  通过这些方法,新的锂硫电池在重复充电1500次后,只损失少量容量。cairns的团队目前正在从商业化角度优化电极,并评估材料成本以观察其是否能够面向市场推出。(刘铮整理)

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