鋰硫電池實現穩定的充放電循環特性

2020-11-27 中國輕工業信息網

　　日本產業技術綜合研究所（簡稱產綜研）2016年6月28日宣布，與筑波大學共同開發出了一種鋰硫電池，通過採用金屬有機骨架作為電池隔膜，實現了長期穩定的充放電循環特性。據介紹，在1C的電流密度（恆流放電1小時後結束放電時的電流值）下進行1500次循環測試之後，這種鋰硫電池仍可保持高達900mAh/g的充電容量。

　　採用硫作為鋰電池正極的鋰硫電池具有正極容量高（理論值為1675mAh/g）的特點，作為新一代蓄電池備受期待。但這種電池存在的問題是，放電反應的中間產物——多硫化鋰容易溶解於電解液，因此，隨著充放電循環的進行，溶解的多硫化物離子會在正極和負極之間引發氧化還原反應（穿梭效應），反覆發生這種反應會導致電池容量劣化。

　　此次，研究人員並沒有採取措施防止多硫化物的溶解，而是採用以前經常用於氣體分子的吸附與分離的「分子篩」——金屬有機骨架來限制多硫化物向負極移動。金屬有機骨架具有亞納米到幾納米、尺寸固定的三維微孔。

　　隔膜材料選用了微孔尺寸不能讓多硫化離子通過卻可以讓鋰離子通過的金屬有機骨架。並通過將其混入氧化石墨烯層，合成了具有柔軟性的複合金屬有機骨架膜。因為是晶體，因此金屬有機骨架具有容易破碎的缺點。

　　研究人員發現，將複合金屬有機骨架膜用作鋰硫黃電池隔膜時，可以抑制被視為問題的穿梭效應，從而能夠防止充放電容量減少和循環特性降低。在室溫下反覆進行1500次充放電之後，從放電容量和庫侖效率來看，除了為執行初始活化而實施的約100次充放電之外，100～1500次的放電容量幾乎沒有劣化，顯示出了良好的循環特性。

　　產綜研今後的目標是，以實用化為目標，開發性能出色的鋰硫電池。

相關焦點

  • 超薄膜讓鋰硫電池實現千次以上穩定循環
    與現有的鋰離子電池相比，以單質硫為正極，金屬鋰為負極的鋰硫電池具有更高的能量密度、更低的原料成本、更好的環境親和性。但受限於循環壽命太短，鋰硫電池尚不能在大規模儲能和電動汽車領域得到實際應用。近日《美國科學院學報》在線發表文章稱，科學家將一種超薄超輕的表面複合膜刷塗到硫電極的表面，從而使鋰硫電池的使用壽命顯著提高。
  • 鋰硫電池充放電原理_鋰硫電池的應用
    打開APP 鋰硫電池充放電原理_鋰硫電池的應用 發表於 2019-08-23 14:41:35 ，這東西活性很高，作為負極沒話說，但用的時候注意安全，活性高往往意味這危險存在；然後是電解質主要是一些鋰鹽溶液，電解液不同與鋰離子電池常用的酯類物質，鋰硫一般用的都是醚類物質，這裡也是一個很講究的地方，電解液與正極會接觸，那麼就涉及到硫及其正極產物會不會直接溶解在這個裡面，這就造成電池循環性能的下降；還有隔膜。
  • 【中國科學報】科學家提升鋰硫電池循環穩定性---中國科學院
    由於硫具有低成本和環境友好等優勢，鋰硫電池（Li-S）擁有較高的理論比容量和能量密度，被視為最有應用前景的高容量存儲體系之一。近期，中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室研究員王瑞虎課題組和溫州大學教授楊植合作，實現了大幅提高鋰硫電池穩定性的同時，增加其大功率放電性能。　　這項成果有效解決了鋰硫電池商業化應用方面面臨的一些技術挑戰。
  • 鋰硫電池優缺點_鋰硫電池電極材料
    由於鋰硫電池主要採用硫和鋰作為生產原材料，生產成本相對較低；另一方面，鋰硫電池在使用後低毒，並且回收利用的能耗較小。 　　缺點：鋰硫電池最大的劣勢在於其循環利用次數比較低。因為硫化聚合物具有穩定性比較差的特性，所以當前鋰硫電池的循環利用次數要遠遠低於普通的磷酸鐵鋰電池，這就極大的增加了鋰硫電池的使用成本。
  • 鈉離子電池及鋰硫電池最新研究進展匯總
    上述優越特性使其有望成為鋰離子電池(LIBs)和鈉離子電池(SIBs)電極。近日，中科院化學所李玉良研究員和中科院青島生物能源與過程研究所黃長水研究員(共同通訊作者)等專注於提高電導率、容量和良好的體相離子運輸的分子設計，通過在銅箔上進行原位的三乙炔基苯交叉偶聯反應製備了富碳框架氫取代石墨炔(HsGDY)薄膜。
  • 中科院福建物構所提升鋰硫電池循環穩定性—新聞—科學網
    由於硫具有低成本和環境友好等優勢，鋰硫電池（Li-S）擁有較高的理論比容量和能量密度，被視為最有應用前景的高容量存儲體系之一。近期，中國科學院福建物質結構研究所結構化學國家重點實驗室研究員王瑞虎課題組和溫州大學教授楊植合作，實現了大幅提高鋰硫電池穩定性的同時，增加其大功率放電性能。 這項成果有效解決了鋰硫電池商業化應用方面面臨的一些技術挑戰。
  • 關於石墨烯應用於鋰硫電池的研究進展詳解
    另外,硫磺資源豐富、低廉易得、基本無毒性,與鋰的電化學反應有望是充放電過程可控的可逆反應,所以高能量密度的鋰硫電池備受期待。從發展進程來看,鋰硫電池的概念早在十九世紀六十年代就被提出,但是因受到循環性能差等限制而未受到足夠重視。直到在2009年,加拿大科學家Nazar等報導使用CMK-3介孔炭作為硫的載體,利用介孔束縛多 硫化物產物,使電池性能顯著提高,從而顯著提速了鋰硫電池的發展。
  • 單原子鋅修飾的中空碳殼作為雙功能反應器實現高穩定鋰硫全電池
    採用該複合正極和負極組裝成的鋰硫全電池，實現了在700圈長循環的條件下僅有0.015%的容量衰減率，在高的電流密度10 C的條件下仍然具有989 mAhg-1的比容量。更重要的是，該納米反應器在高的硫載量7.8 mg cm-2 和低的溶液體積正極質量比6.4 µL mg−1 的條件下仍然具有8.7 mAh cm−2的面積比容量。
  • Small:原位TEM研究固態鋰硫電池在高溫下的充放電行為
    目前，學界對於鋰硫(Li-S)電池運行過程中硫化鋰的結構演變規律的研究還不充分。究竟是鋰的低電子電導率還是低離子電導率抑制了充電過程中硫化鋰的分解，目前還存在爭議。此外，硫化鋰的分解途徑也不清楚。這項工作實現了一種在高溫下原位觀測鋰硫電池鋰化行為的新方法。相關研究成果以「In Situ TEM Observations of Discharging/Charging of Solid-State Lithium-Sulfur Batteries at High Temperatures」為題發表在《Small》上。
  • 鋰硫精選：10篇好文回顧鋰硫電池近期工作進展
    然而，硫在充放電過程中較大的體積形變和較差的導電性會導致鋰硫電池性能的下降，阻礙了鋰硫電池的實際應用。「穿梭效應」更是制約鋰硫電池產業化的關鍵問題。開發兼具功能性和結構性的硫載體材料是克服這些缺點的有效途徑。
  • 武漢科技大學在高比能鋰硫電池研究領域取得進展
    近日，武漢科技大學耐火材料與冶金國家重點實驗室張海軍教授領導的「先進材料研究團隊」在高比能鋰硫電池
  • 華南師範大學開發新型催化劑實現高性能鋰硫電池
    鋰硫電池因其理論能量密度高、成本低而受到廣泛關注。然而，在高硫負載條件下，多硫化物的穿梭導致催化轉化效率緩慢致使電池的容量快速衰減，嚴重阻礙了其實際應用。
  • 鋰硫電池即將掀起新一輪電池革命
    張久俊向記者表示，要想讓純電動汽車在常規路況下能有長續航能力，行業中普遍認為動力電池的能量密度得達到500Wh/kg，而這個數值理論上能實現1000公裡。對於這個技術指標，目前鋰硫電池和鋰空電池在理論上可以達到，其中，鋰空電池能量密度更高，理論上能達到3000Wh/kg，但受制於技術水平限制，目前只能在200Wh/kg以下，此外，鋰空電池的循環壽命也不夠，目前還無法達到商業運用。
  • ...蔚來|鋰硫電池|固態電池|動力電池|鋰離子電池|中國科學院物理...
    首先，原位固態化技術，解決固固界面問題，讓固態電池充放電更快捷、持久和安全；其次，採用原子級鍵合技術，讓固態電池循環過程更穩定；第三，採用複合金屬鋰技術，讓固態電池能量密度更高，全壽命體積膨脹更小，循環壽命更長；第四，固態電解質技術，讓固態電池能在高溫狀態下工作
  • 鋰硫電池 EES 瓜爾多膠-黃原膠粘接劑實現超高硫負載量(19.8 mg/cm2)
    發展高電極材料負載量的技術是一種提高面積比容量，進而提高電池整體能量密度的的有效策略，這一點對鋰硫電池體系而言尤其重要。然而，隨著負載量的提高，電極變厚，塗布和乾燥過程中電極材料更容易脫落和開裂；特別是鋰硫電池在充放電中硫正極體積發生巨大變化，這就使高負載量的鋰硫電池的實現更加困難。
  • InfoMat:原子尺度催化劑提升鋰硫電池多硫氧化還原動力學
    開發高能量密度的二次電池具有重要的社會價值，鋰硫電池因其高達2600 Wh kg 1的理論能量密度而受到廣泛關注。然而，硫正極的電化學過程動力學緩慢，多硫化物中間產物的溶解和穿梭導致正極活性物質流失和電池庫倫效率降低，嚴重地制約了鋰硫電池的實際性能。
  • 鋰硫電池的坎坷產業化之路還有多遠?
    除了液態電解質，固態電解質也是一種理想的Li-S電池電解質，例如LiFSI/PEO固態電解質就能夠有效的抑制鋰硫化合物在正負極之間的穿梭，從而改善Li-S電池的循環壽命，但是固態電解質的應用仍然還有問題需要解決。6.
  • Matter：首次揭示鉭基納米簇在鋰硫電池中對多硫化物催化轉化機理
    獨特的材料結構設計抑制Ta2O5-x的成核過程，實現對其結晶度的調節，並控制其納米尺寸（1.2 nm）。氧缺陷的構建暴露了豐富的多硫化物催化轉化和固定的活性位點。該電極材料在與實際應用相關的高硫載量和低電解液用量下，實現了高的倍率和長循環穩定性能。
  • 鈦釩氮固溶體以實現鋰硫電池中合理的硫化學反應
    有鑑於此，華南師範大學王新副教授、滑鐵盧大學陳忠偉教授等人以氮化鈦作為基體，將釩引入其晶格構建了三維自支撐鈦釩氮固溶體硫載體，高效吸附多硫化鋰，並促進其原位轉化，從而有效將硫活性成分限制於正極區域，提高了鋰硫電池的電化學性能，表現出良好的循環穩定性和倍率性能。同時在高硫負載的情況下，相關鋰硫電池的性能依舊穩定。圖1. 構建鈦釩氮固溶體示意圖。研究亮點1.
  • 專訪院士張久俊:鋰硫電池即將掀起新一輪電池革命
    張久俊向記者表示，要想讓純電動汽車在常規路況下能有長續航能力，行業中普遍認為動力電池的能量密度得達到500Wh/kg，而這個數值理論上能實現1000公裡。對於這個技術指標，目前鋰硫電池和鋰空電池在理論上可以達到，其中，鋰空電池能量密度更高，理論上能達到3000Wh/kg，但受制於技術水平限制，目前只能在200Wh/kg以下，此外，鋰空電池的循環壽命也不夠，目前還無法達到商業運用。