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科学家研发新型阴极制备法 让储能超10倍的锂硫电池取代锂离子电池

 
 
 
发布日期:2019-11-08    来源:盖世汽车    作者:综合报道    扫描到手机

据外媒报道,新加坡科技研究局(A*STAR)纳米生物实验室(NBL)的科学家研发出一种新颖的方法来制备下一代锂硫电池阴极,而且该方法简化了锂硫电池阴极耗时且复杂的生产过程。该研究表明锂硫电池商业化有了希望,而且解决了行业内的一个挑战,即需要一种实用方法以大规模生产能够提升电池性能的材料。

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尽管人们普遍认为锂离子电池是一种先进的技术,可以有效地为现代通信设备提供动力,但是由于其内在电化学属性不稳定,存在存储容量有限以及安全性不足等缺点。不过,NBL研究团队研发了一种新型简化技术,能够从廉价的商用材料中研发出锂硫电池阴极,从而改变现状。在理论上,硫的能量密度高、成本低且储量丰富,有助于锂硫电池系统得到普及,进而替代锂离子电池。

理论上说,锂硫电池可存储比锂离子电池多10倍的能量,但是目前为止,此种电池无法重复充放电。NBL研发的锂硫电池阴极却显示了良好的比容量,高达1220mAh/g,意味着每1g的阴极材料就可存储1220mAh的电荷。相比之下,典型锂离子电池阴极的比容量为140mAh/g。此外,NBL的锂硫电池阴极在200次以上的充电循环后,仍保持很高的容量,性能的损失降至最小。能够达到此种性能的关键在于NBL采用了独特的阴极制备两步法。

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研究人员在添加硫之前,先构建了碳支架,得到一种3D互联多孔纳米材料。与传统制备阴极的方法不同,该方法可以在电池充电时,防止碳支架坍塌。在电池充放电初期,传统法制备的阴极碳支架会坍塌,从而导致整个电池结构的变化。最终,传统阴极的密度变得更高、表面积更小、孔隙也更小,进而导致电池的性能低于NBL的电池。事实上,NBL阴极的比容量比传统法制备而成的硫阴极高出48%,容量消褪率降低了26%。如果该阴极中添加了更多的硫,NBL阴极的实用表面积容量高达4mAh/平方厘米。

NBL的研究人员不仅在设计和优化阴极,还在利用纳米材料工艺对阳极、电池隔膜和电解质进行设计和优化。研究人员的目标是研发出一套完整的锂硫电池系统,与传统锂离子电池相比,该系统将具备更强的储能能力,而且比现有的电池寿命更长,能够给电子设备、电动汽车和电网储能等带来很大的益处。(文中图片均来自新加坡科技研究局)

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