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液體鋰硫和鋰硒電池采用固體電解質(zhì) 能量密度高達(dá)500Wh/kg

時(shí)間:2019-10-27 17:34來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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       據(jù)外媒報(bào)道,鄭州大學(xué)、清華大學(xué)和斯坦福大學(xué)的研究人員,聯(lián)手開發(fā)液體鋰硫和鋰硒電池系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱SELL-S和SELL-Se)。這兩種電池采用固體電解質(zhì),能量密度有望超過500wh /kg和1000 wh /l,具備低的能量成本和良好的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性,有望應(yīng)用于規(guī)�;瘍�(chǔ)能等領(lǐng)域。
 
       這些電池采用Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12 (LLZTO)陶瓷管作為電解質(zhì),將正負(fù)極之間完全隔離開,電池運(yùn)行在240度的環(huán)境。工作溫度高于鋰的熔點(diǎn),可有效抑制多硫化物或多硒化物穿梭效應(yīng),限制鋰枝晶生長(zhǎng),從而提升能量密度,加快充放電能力,并提高庫侖效率及能效,進(jìn)一步保持穩(wěn)定性。
 
       目前最先進(jìn)鋰離子電池的能量密度小于300wh/kg和750 Wh/L。硫和硒被視為取代鋰離子電池中商業(yè)金屬氧化物正極的重要侯選材料。因?yàn)檫@些材料具有高容量,鋰化為L(zhǎng)i2S時(shí)為1670 mAh/g,鋰化為L(zhǎng)i2Se時(shí)為675 mAh/g。從理論上來看,能提供高能量密度,鋰硫電池為2600Wh/kg和2800 Wh/L,鋰硒電池為1160 Wh /kg和2530 Wh/L。而且,材料成本相對(duì)較低,鋰硒電池為41美元/kWh,鋰硫電池為15美元/kWh。
 
       自從硫和硒被用作電池電極以來,對(duì)鋰硫和鋰硒電池的研究備受關(guān)注。以前的研究主要集中于具有固態(tài)鋰金屬負(fù)極、固態(tài)硫或硒正極(呈粉末狀或采用不同的S/C或Se/C復(fù)合材料)和液態(tài)有機(jī)電解質(zhì)的電池上。然而,由于使用的是固體鋰金屬和液體有機(jī)電解液,上述電池結(jié)構(gòu)存在一定問題:(1)循環(huán)不穩(wěn)定,庫侖效率低,因?yàn)樵谝簯B(tài)有機(jī)電解液中,短鏈Li2Sx或Li2Sex溶解,會(huì)引起穿梭效應(yīng);(2)液體有機(jī)電解液非常易燃,容易引起安全問題;(3)鋰負(fù)極出現(xiàn)枝晶生長(zhǎng),并與電解液發(fā)生副反應(yīng)。鄭州大學(xué)金教授等人表示:“在充放電過程中,固體硫和硒的體積變化較大,引起活性硫和硒與集流器分離,導(dǎo)致循環(huán)不穩(wěn)定,并降低硫和硒的利用率。這些問題嚴(yán)重阻礙了鋰硫和鋰硒電池的發(fā)展。”
 
       SELL-S和 SELL-Se電池中含有液態(tài)鋰金屬負(fù)極、帶炭黑的熔融S或Se正極、LLZTO陶瓷管電解質(zhì)。鋰金屬負(fù)極位于LLZTO管中,其中插入一根不銹鋼棒,作為負(fù)極集流器。在LLZTO管外的不銹鋼圓柱形容器中,插入帶有炭黑導(dǎo)電添加劑的S(Se)正極(質(zhì)量比S或Se:C= 9:1),通過LLZTO管與鋰負(fù)極進(jìn)行物理和電子分離。同時(shí),不銹鋼圓筒作為正極集流器工作。熔融S和Se所需的導(dǎo)電碳只占總電極重量的10%,所以,固定負(fù)載最小。
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
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