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锂硫电池迎重大突破使寿命延长四倍,下一代电池向商业化迈进一大步!

2020-04-29 13:42 前瞻网   
锂硫电池迎重大突破使寿命延长四倍,下一代电池向商业化迈进一大步!

锂硫电池被誉为电池技术的下一个重大进步,有望在从手机到电动汽车等各种产品的单次充电中使用更长的时间,同时比目前的锂离子电池更环保、更可持续地生产。然而,这些电池的寿命不如锂离子电池长,会随着时间的推移而退化。

得克萨斯大学奥斯汀分校科克雷尔工程学院的一组研究人员找到了一种方法,可以稳定锂硫电池中最具挑战性的部分之一,使这项技术更接近商业可行性。研究小组4月28在《焦耳》杂志上发表的研究结果表明,在电池内部原位制造一层含有碲的人工层,覆盖在金属锂上,可以使它的寿命延长四倍。

“硫磺储量丰富,对环境无害,在美国没有供应链问题。”机械工程教授、德州材料研究所所长阿鲁穆加姆·曼瑟拉姆说,“但这里存在一些工程方面的挑战。我们已经解决了延长电池使用寿命的问题。”

锂是一种反应性元素,它会分解周围的其它元素。锂硫电池的每一次循环——充电和放电的过程——都会在锂金属阳极(电池的负极)上形成苔藓和针状沉积物。这一反应会导致电池整体退化。

这些沉积物分解了来回运输锂离子的电解质。这可能会困住一些锂,使电极无法提供足够的能量来实现超长时间的使用。这种反应还会导致电池短路,并可能引发火灾。

在锂电极上形成的人工层保护电解液不被降解,并减少了在充电过程中阻止锂形成的苔藓结构。

“锂表面形成的人工层使其在不破坏电解液的情况下工作,从而电池的使用寿命更长。”阿姆鲁丝·巴尔加夫说,他和他的研究生桑贾伊·南达共同撰写了这篇论文。

曼瑟拉姆补充说,这种方法可以应用于其它锂基和钠基电池。研究人员已经为这项技术申请了临时专利。

南达说:“稳定层是通过一个简单的现场过程形成的,不需要昂贵或复杂的预处理或锂金属阳极涂层过程。”

解决这部分电池的不稳定性是延长其使用寿命和推广应用的关键。曼瑟拉姆说,锂硫电池目前最适合需要轻型电池的设备,一次充电可以运行很长时间,不需要大量的充电周期,比如无人机。但它们有潜力在扩大电动汽车的使用范围和增加可再生能源的使用方面发挥重要作用。

曼瑟拉姆说,锂硫电池的正极和负极的充电容量都是当今锂离子电池的10倍,这意味着一次充电可以提供更长时间的使用。硫作为石油和天然气工业的副产品广泛存在,使得电池的生产成本低廉。硫也比锂离子电池中使用的金属氧化物材料更环保。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

原文来源:https://techxplore.com/news/2020-04-next-generation-batteries-major-commercial-viability.html

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责任编辑: zhenggongbo

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