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美国研制出全固态锂硫电池
来源:物理学家组织网 | 作者:刘霞 | 2013/6/6 14:42:26 | 浏览:1010 | 评论:0
  摘要:早在上世纪90年代,就有人开始研发锂硫电池,最近几年,国内外的相关研究工作更为活跃。较高的比容量和能量密度,意味着锂硫电池的单体重量和体积更小,放电能力更强,且成本低廉,这一切看似都与现今电动汽车发展的需求相当契合。然而毋庸置疑的是,其研究还有较长的路要走,比如还需要进一步增加循环次数,并且该电池的能量密度和功率密度还需要进一步的提升才能满足电动汽车市场的需要。

  美国能源部下属的橡树岭国家实验室(ORNL)的科学家设计出了一种全新的全固态锂硫电池,其能量密度约为目前电子设备中广泛使用的锂离子电池的4倍,且成本更低廉。相关研究发表在本周出版的世界顶尖化学期刊《德国应用化学国际版》上。

  该研究的领导者梁诚督(音译)表示:“新电池中用到的电解质也是固体,这种设计思路完全颠覆了已延续150年到200年的两个电极加一堆电解液的固有电池概念,也解决了其他化学家一直担心的易燃问题。”

  几十年来,科学家们一直很看好锂硫电池,其比锂离子电池效率高且成本低。但寿命短是其最大弱点,因此一直未被商用。另外,电池内使用液体电解质也成为科学家们的桎梏。一方面,液体电解质会通过溶解多硫化物从而帮助锂离子在电池中传导。但不利的是,这一溶解过程会使电池过早地被损坏。

  现在,该ORNL研究团队的新设计方法清除了这些障碍。首先,他们合成出了一种富含硫的新物质并将其作为电池的阴极,其能传导锂离子和传统电池阴极中使用的硫金属锂化物,随后,再将其同由锂制成的阳极以及固体电解质(也由ORNL的研究人员研发而成)结合在一起,制造出了这种能量密度大的全固态电池。

  梁诚督表示:“电解质由液体变成固体这一转变消除了硫溶解的问题,而且,由于液体电解质容易同锂金属发生反应,所以,新电池使用固体电解质后安全性也更高。另外,新锂硫电池中使用的硫是处理石油后剩下的副产品,来源丰富且成本低廉,也能存储更多能量,这就使新电池具有成本低廉、能量密度大等优点。”

  测试结果表明,新电池在60摄氏度的温度下,经过300次充放电循环后,电容可以维持在1200毫安小时/克,而传统锂离子电池的平均电容为140至170毫安小时/克。梁诚督表示,因为锂硫电池携带的电压为锂离子电池的一半,平均电容为其8倍,所以,新电池的能量密度约为传统锂离子电池的4倍。

  尽管新电池仍然处于演示阶段,但研究人员希望尽快将这项研究由实验室推向商业应用,他们正在为此技术申请专利。

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