據(jù)外媒報(bào)道,韓國三星電子工業(yè)企業(yè)成功地將鋰離子電池(LIB)的能量體積密度提升至700~952Wh/L,與之相關(guān)的技術(shù)詳情已在學(xué)術(shù)雜志《Nature Communications》上以論文形式公開。這一數(shù)值為現(xiàn)有LIB的1.5~1.8倍,不過據(jù)該公司介紹,目前驗(yàn)證的充放電循環(huán)壽命僅為200次。
此次LIB的突破關(guān)鍵在于開發(fā)出了新型負(fù)極材料。新材料的容量密度為2500mAh/cm3,而普通的石墨負(fù)極材料僅為550mAh/cm3,新材料是其4倍以上,其原理是通過用數(shù)層石墨烯對(duì)硅微粒子施以涂層處理來實(shí)現(xiàn)的。
硅的容量密度高達(dá)約4000mAh/g,其作為負(fù)極材料的巨大潛力早已為人所知。但是,硅用作電極時(shí),不僅導(dǎo)電性低,而且存在充放電循環(huán)極短的問題。隨著充電而吸附和釋放鋰離子時(shí),硅微粒子會(huì)大幅膨脹或收縮,因此會(huì)導(dǎo)致用來確保導(dǎo)電性的導(dǎo)電助劑脫落。
而三星電子通過用石墨烯對(duì)硅微粒子施以涂層處理,成功確保了導(dǎo)電性,并抑制了膨脹收縮時(shí)的電極劣化及損壞等。硅微粒子發(fā)生膨脹時(shí),石墨烯會(huì)在包住硅微粒子的狀態(tài)下通過各層的相互滑動(dòng)來擴(kuò)大硅儲(chǔ)存容量,因此不會(huì)脫落。
三星方面稱,對(duì)電池單元進(jìn)行性能評(píng)估時(shí),負(fù)極材料使用了此次的新型材料,而正極材料使用了現(xiàn)有LIB普遍采用的鈷酸鋰,并無經(jīng)過特殊處理。
如果這一科研成果能夠解決循環(huán)次數(shù)低的問題,預(yù)計(jì)未來車用鋰電池的總體續(xù)航里程能夠?qū)崿F(xiàn)同樣體積下的翻倍。雖然目前能量密度能夠提升到四倍情況,但考慮到將電池單體制作成電池包后的整體性問題,整體能量密度將會(huì)進(jìn)一步下降,屆時(shí)電池的續(xù)航里程或?qū)⒄{(diào)整為現(xiàn)在的兩倍到三倍。
目前,福特汽車與寶馬汽車都與韓國三星公司在汽車電池領(lǐng)域有著密切的合作,如果這一成果最終量產(chǎn),這兩家公司或許是最早的受益者。
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