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锂硫电池实现稳定的充放电循环特性

导读: 日本产业技术综合研究所与筑波大学共同开发出了一种锂硫电池,通过采用金属有机骨架作为电池隔膜,实现了长期稳定的充放电循环特性。

锂硫电池电池技术充放电循环

  日本产业技术综合研究所(简称产综研)2016年6月28日宣布,与筑波大学共同开发出了一种锂硫电池,通过采用金属有机骨架作为电池隔膜,实现了长期稳定的充放电循环特性。据介绍,在1C的电流密度(恒流放电1小时后结束放电时的电流值)下进行1500次循环测试之后,这种锂硫电池仍可保持高达900mAh/g的充电容量。

  采用硫作为锂电池正极的锂硫电池具有正极容量高(理论值为1675mAh/g)的特点,作为新一代蓄电池备受期待。但这种电池存在的问题是,放电反应的中间产物——多硫化锂容易溶解于电解液,因此,随着充放电循环的进行,溶解的多硫化物离子会在正极和负极之间引发氧化还原反应(穿梭效应),反复发生这种反应会导致电池容量劣化。

  此次,研究人员并没有采取措施防止多硫化物的溶解,而是采用以前经常用于气体分子的吸附与分离的“分子筛”——金属有机骨架来限制多硫化物向负极移动。金属有机骨架具有亚纳米到几纳米、尺寸固定的三维微孔。

  隔膜材料选用了微孔尺寸不能让多硫化离子通过却可以让锂离子通过的金属有机骨架。并通过将其混入氧化石墨烯层,合成了具有柔软性的复合金属有机骨架膜。因为是晶体,因此金属有机骨架具有容易破碎的缺点。

  研究人员发现,将复合金属有机骨架膜用作锂硫黄电池隔膜时,可以抑制被视为问题的穿梭效应,从而能够防止充放电容量减少和循环特性降低。在室温下反复进行 1500次充放电之后,从放电容量和库仑效率来看,除了为执行初始活化而实施的约100次充放电之外,100~1500次的放电容量几乎没有劣化,显示出了良好的循环特性。

  产综研今后的目标是,以实用化为目标,开发性能出色的锂硫电池。此次的研究成果已于6月27日(英国时间)刊登在英国学术期刊《自然-能源》(NatureEnergy)的网络版。

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