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廉價(jià)高功率的鋰硫電池問(wèn)世 有望帶來(lái)電池革命

時(shí)間:2014-06-17 15:59來(lái)源:cbcu 作者:日 光
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一種廉價(jià)高功率的鋰硫電池問(wèn)世,500次充放電后功能無(wú)損 有望帶來(lái)電池革命。研究人員表示,新電池的性能可與目前市場(chǎng)上占主流的電池相媲美,而且,經(jīng)過(guò)500次充放電循環(huán)后功能無(wú)損。
  過(guò)去數(shù)十年來(lái),鋰離子電池的能量密度不斷提高,廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)等領(lǐng)域。但鋰離子電池需要笨重的陰極(一般由氧化鈷等材料制成)來(lái)“收納”鋰離子,限制了電池能量密度的進(jìn)一步提高。這意味著,對(duì)諸如長(zhǎng)距離電動(dòng)汽車(chē)等需要更大能量密度的應(yīng)用來(lái)說(shuō),鋰離子電池有點(diǎn)力不從心。
  因此,科學(xué)家們將目光投向了鋰離子電池更纖瘦的“表妹”—鋰硫電池身上,后者的陰極主要由硫(石油工業(yè)廉價(jià)的副產(chǎn)品)制成。硫的“體重”僅為鈷的一半,因此,同樣體積的硫收納的鋰離子數(shù)為氧化鈷的兩倍,這就使得鋰硫電池的能量密度為鋰離子電池的數(shù)倍。
  但硫陰極也有兩大劣勢(shì):首先,硫容易與鋰結(jié)合,形成的化合物會(huì)結(jié)晶;其次,不斷的充放電循環(huán)使硫陰極容易破裂,因此,一塊典型的鋰硫電池經(jīng)過(guò)幾次循環(huán)就成了無(wú)用之物。
  據(jù)6月4日?qǐng)?bào)道,在最新研究中,為了制造出穩(wěn)定的硫陰極,研究人員將硫加熱到185攝氏度,將硫元素由8個(gè)原子組成的環(huán)路融化成長(zhǎng)鏈,隨后,他們讓硫鏈同二異丁烯(DIB,一種碳基塑料前體)混合,二異丁烯讓硫鏈連接在一起,最終得到了一種混合聚合物。他們將這一過(guò)程稱(chēng)為“逆向硫化”,因?yàn)槠渫圃煜鹉z輪胎的過(guò)程類(lèi)似,關(guān)鍵的區(qū)別在于:在輪胎中,含碳材料會(huì)聚集成一大塊,硫則點(diǎn)綴其中。
  科學(xué)家們解釋道,添加二異丁烯使硫陰極不那么容易破碎,也阻止了鋰硫化合物結(jié)晶。研究表明,硫和二異丁烯的最佳混合為二異丁烯占總質(zhì)量的10%到20%。如果太少,無(wú)法保護(hù)陰極;如果太多,電化學(xué)性能不活躍的二異丁烯會(huì)降低電池的能量密度。
  測(cè)試表明,經(jīng)過(guò)500次循環(huán)后,電池的能量密度仍為最初的一半多。亞利桑那大學(xué)的化學(xué)家杰弗里•佩恩表示,其他還處于實(shí)驗(yàn)階段的鋰硫電池也有同樣的性能,但其制造成本高昂,很難進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
  NIST的材料科學(xué)家克里斯托弗•索爾斯表示,盡管如此,這種鋰硫電池短期內(nèi)也不會(huì)上市,硫暴露在空氣中很容易燃燒,因此,任何經(jīng)濟(jì)可行的鋰硫電池都需要經(jīng)過(guò)非常嚴(yán)苛的安全測(cè)試,才能投放市場(chǎng)。

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