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持久的锂硫电池有望达到两倍的EV范围

时间:2020-01-13 11:42:44 | 来源:

锂硫电池似乎是旧锂离子电池的理想后继产品。从理论上讲,它们最多可以保持每单位重量能量五倍的能量。它们的重量轻,使其非常适合电动飞机:Sion Power和Oxis Energy等公司开始在飞机上测试其锂硫电池。考虑到它们使用硫代替当今阴极中使用的稀土金属,它们将更便宜。

但是该技术尚未商业化,主要是因为其使用寿命短。仅需40到50个充电周期,阴极就会开始崩塌。

通过设计一种新颖而坚固的阴极结构,研究人员现在已经制成了可以充电数百次的锂硫电池。电池的能量容量是锂离子的四倍,锂离子电池通常每公斤可容纳150至200瓦时(Wh / kg)。如果可翻译为商用设备,则可能意味着可以为手机供电五天而无需充电的电池,或者是电动汽车续航能力的四倍。

这不太可能发生,因为当电池串在一起装入电池组时,能量容量会下降。但是,研究小组仍然希望“将[新电池]推向市场后,电池组的使用量能增加两倍”,澳大利亚莫纳什大学的机械和航空工程师Mahdokht Shaibani说,他领导了这项工作,该工作最近发表在《科学进展》杂志上。

Shaibani将锂硫电池中的硫阴极比作辛勤工作,劳累过度的上班族。它可能会占用很多时间,但是工作需求会导致压力并损害生产力。以电池而言,在放电期间,阴极吸收了大量的锂离子,形成硫化锂。但是在此过程中,它急剧膨胀,然后在电池充电过程中离子离开时收缩。这种重复的体积变化破坏了阴极。

因此,Shaibani提出了给过度劳累的硫磺呼吸空间的想法。她通过减少阴极中的粘合剂量来做到这一点。硫不导电,因此研究人员将碳添加到阴极,而粘合剂将硫粘合到碳上。她解释说,但在传统的阴极中,“粘合剂会形成连续的致密网络,而留下有限的自由体积”。

通过仔细控制粘合剂的添加和加工方式,她建立了一个韦比网络,该网络使用最少量的粘合剂将碳和硫颗粒固定在一起。她说:“这为适应结构变化和由此产生的应力留出了更大的空间。”“因此,硫电极可在长期循环中保持其完整性。”

电池的寿命随着电池的变大而缩短。团队的大型袋式电池可持续100次充放电循环。她说:“为实现500个循环的目标,在稳定锂电极方面取得同样重要的突破是至关重要的。”

尽管如此,莫纳什团队仍希望在两到四年内推出面向市场的产品。他们已经申请了专利,并计划今年制造更大的原型,以便在澳大利亚的汽车和太阳能电网中进行测试。

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