由于重量輕、能量密度高且可充電,鋰離子
電池為許多產(chǎn)品提供動(dòng)力,從筆記本電腦和手機(jī)到電動(dòng)汽車和牙刷。然而,目前的鋰離子
電池已經(jīng)達(dá)到了儲(chǔ)存能量的極限。因此研究人員開始尋找更強(qiáng)大、更便宜的替代品。
據(jù)外媒報(bào)道,克萊姆森大學(xué)(Clemson University)研究員、物理和天文學(xué)系副教授Ramakrishna Podila表示,硫元素便宜、儲(chǔ)量豐富,且理論上比傳統(tǒng)鋰離子電池材料具有更高的能量密度,可作為新的儲(chǔ)能系統(tǒng)。
圖片來源:克萊姆森大學(xué)
當(dāng)前的電動(dòng)汽車每次充電可以行駛約300英里。鋰硫電池的續(xù)航里程有可能超過400英里,而電池組的實(shí)際容量高達(dá)500瓦時(shí)/千克,是鋰離子電池的兩倍。
但研究鋰硫離子電池的研究仍然存在挑戰(zhàn)。最重要的是元素硫的八角形格式在電池的充放電循環(huán)中經(jīng)歷了一系列結(jié)構(gòu)和形態(tài)變化,使其不穩(wěn)定并導(dǎo)致電池快速失效。另一方面,硫化聚合物陰極在低硫含量下穩(wěn)定,因?yàn)樗鼈兊牧蜴溳^短。
Podila表示:“獲得的總能量不僅取決于總電荷,還取決于電荷的空間和時(shí)間分布。它們越局部化,獲得的能量就越少。研究表明,當(dāng)取消對(duì)電荷分布形狀的某些量子限制時(shí),總能量可以增加。”
研究人員還發(fā)現(xiàn),向含硫聚合物中添加氮?dú)饪梢苑稚㈦姾刹⒃黾恿孔与娙荨?/div>
Podila表示:“我們已經(jīng)證明,元素硫具有高容量,但依然無法制造出良好、實(shí)用的電池。硫化聚合物中的硫含量不多,但它在氮?dú)獯嬖诘那闆r下可以更好地分配電荷,因此效果很好。因此,實(shí)際上,我們可以使用具有高量子電容的硫化聚合物制造電池,以匹配受多硫化物限制的元素硫電池的實(shí)際性能指標(biāo)。”
Podil繼續(xù)說道:“這項(xiàng)研究為了解電池或電容器如何工作的實(shí)際量子性質(zhì)提供了新的見解。我們經(jīng)常通過將電子視為剛性球來描述電池和電容器中的電流。實(shí)際上,電子在微觀層面上的行為非常不同,需要特殊的統(tǒng)計(jì)處理來描述它們在晶體中的分布。我們的實(shí)驗(yàn)揭示了一些有趣的量子效應(yīng),這些效應(yīng)在氮原子存在時(shí)表現(xiàn)出來。除了在鋰離子電池中的應(yīng)用之外,我們在量子電容方面的工作有望助力在開發(fā)出更好的電池。”
相關(guān)研究結(jié)果以發(fā)表于期刊《Advanced Science》。
(責(zé)任編輯:子蕊)
作者:劉麗婷 ,如若轉(zhuǎn)載,請注明出處:http://kqcgw.com/qianyan//2023041941791.html
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