高容量鋰硫電池可以循環數百次而不損失功效

2020-11-27 科學網
工業廢料變身關鍵材料
高容量鋰硫電池可以循環數百次而不損失功效

 

硫雖然經常作為工業產品的廢物，但未來卻能成為高性能電池的關鍵材料。美國國家標準與技術研究院、亞利桑那大學和韓國首爾國立大學的科學家們近日共同研究完成了一種便宜的高容量鋰硫電池，可以循環數百次而不損失功效。

鋰離子電池陰極通常採用陶瓷氧化物，如氧化鈷等，使陰極變得笨重，從而限制了電池的能量密度。硫原子的重量不到鈷原子的一半，鋰硫電池的能量密度是以往鋰離子電池的幾倍。但鋰硫電池的陰極也有其缺點，即硫和鋰很容易形成化合物，然後結晶粘在電池內部，在反覆循環下沿著應力方向會產生裂紋。

為了製造更穩定的陰極，研究團隊把硫加熱到185℃，使八原子環形硫熔化變成長鏈硫，然後混合長鏈硫和二異丙烯基苯（DIB），碳基塑料前驅體和硫鏈鍵合在一起，製造出一種共聚物。研究團隊稱這種製造過程為「逆硫化」。添加DIB到陰極可以阻止開裂和防止鋰硫化合物結晶。研究發現，DIB含量在10%~20%可使陰極達到最優狀態。研究人員通過500次循環，發現電池可保留一半以上的初始容量。研究人員同時指出，由於鋰暴露在空氣中能燃燒，所以任何商業鋰硫電池將需要經過嚴格的安全檢測之後才能投放市場。（馮瑞華編譯）

圖片來源：http：//www.llnl.gov

《中國科學報》 (2014-07-15 第7版 製造)

相關焦點

  • 一種全石墨烯正極鋰硫電池被製備出來
    鋰硫電池由於具有高理論能量密度、低成本、環境友好等優勢，已成為一大研究熱點。但是，目前已報導的大多數高容量、長循環性能鋰硫電池的硫含量較低，不能滿足實際應用的需求。為解決以上問題，Fang等人製備出一種全石墨烯正極鋰硫電池，以孔隙率為3.51cm3g-1的多孔石墨烯(HPG)負載活性物質硫，高導電石墨烯(HCG)作為集流體，部分氧化的石墨烯(POG)作為多硫吸附層，負載量可達80%，面密度5mgcm-2。製備HPG：通過氧化石墨的熱剝離製備HPG。
  • 具有高容量及穩定循環性能的室溫鈉-硫電池
    ;utm_medium=Website_links&utm_content=RenLi-MixedBrand-multijournal-Multidisciplinary-China&utm_campaign=ORG_USG_JRCN_RL_article_promotion_sciencenet_Oct_5th 在300–350°C溫度下工作的高溫鈉-硫電池
  • 新能源汽車電池展望:固態鋰離子電池、鋰硫電池、鋰空氣電池?
    新能源汽車的發展對電池的要求越來越高，我國《節能與 新能源汽車技術路線圖》提出2030 年電池比能量達到 500 Wh/kg，目前的鋰離子電池都滿足不了此要求。加快新型動力 電池的開發勢在必行，當前主要進行研發的新一代動力電池 包括固態鋰離子電池、鋰硫電池、鋰空氣電池等。
  • 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。
  • 用棉花製成超高面容量鋰硫電池正極
    中國科學院金屬研究所先進炭材料研究部以天然棉花為前驅體，經過高溫碳化，製備出具有高導電性的三維空心碳纖維泡沫，最終獲得硫的面密度最高可達21.2 mg cm-2的三維空心碳纖維泡沫硫正極。成果近日發表於《先進材料》。 據了解，鋰硫電池被視為最有發展前景的下一代高能量電化學儲能系統之一。
  • 硫基電解液能夠提升NCM/石墨電池的循環性能
    打開APP 硫基電解液能夠提升NCM/石墨電池的循環性能 新能源Leader 發表於 2020-04-20 17:20:30
  • 硫基電解液提升NCM/石墨電池循環性能
    隨著新能源汽車續航裡程的不斷增加，能量密度更高的三元材料逐漸取代了磷酸鐵鋰材料，在為電動汽車帶來更好的續航裡程的同時，三元材料在循環過程中也存在過渡金屬元素溶解、應力累積和顆粒表面晶體結構相變等問題，導致三元體系的鋰離子電池在循環壽命上相比於磷酸鐵鋰體系電池有著不少的差距。
  • 查默斯理工大學研究人員利用石墨烯氣凝膠 或有利於推進鋰硫電池的...
    最近，瑞典查默斯理工大學（Chalmers University of Technology）的研究人員在石墨烯海綿（graphene sponge）的幫助下，利用陰極電解液，在此種電池的研發上獲得了突破。研究人員的想法非常新穎，利用一種由還原氧化石墨烯製成的多孔、類似海綿的氣凝膠，當作電池的獨立電極，從而更好地利用硫、提高利用率。
  • Nature新研究:鋰硫電池長期循環成為可能 將來商業化有望
    Nature新研究：鋰硫電池長期循環成為可能 將來商業化有望  Winnie Lee • 2019-12-12 14:06:17　來源：前瞻網
  • 科學網—發明包裹鋰硫電池正極材料新技術
    本報訊（記者彭科峰）近日，中科院蘇州納米所陳立桅團隊在鋰硫電池的研究方面取得進展，相關成果發表於《自然—通訊》雜誌。
  • 同濟大學黃雲輝ESM一種用於高容量鋰金屬電池的「吃枝晶」型隔膜
    1970-80年代就有在二次電池中使用鋰金屬的嘗試，但是事實證明這是非常危險的。鋰金屬具有在電解液-鋰界面上形成枝晶狀電沉積的本徵傾向，並且尖銳的鋰枝晶可能會刺穿鋰離子隔膜，造成電池短路，從而導致安全隱患。此外，由於失去電接觸的鋰（「死鋰」）和含Li的固體電解液中間相（SEI）的不斷形成，電化學過程中鋰的損失是不可避免的，這會導致電池壽命變短。
  • ...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...
    可以看到，作為最有希望的下一代電池，固態電池似乎已經到達產業化應用的前夜。被稱為下一代的電池技術有很多，除了固態電池，還有鋰空氣電池、鋰硫電池等等。這些技術的進展如何？優勢和短板又有哪些？但鋰空氣電池中氧氣在電解液中發生還原反應時生成的固相產物如果覆蓋了表面，這個反應是無法繼續進行的，就不會取得更高的放電容量。因此誘導固相產物向液相中擴展生長，而同時能夠使其在充電時被分解則是最理想狀態。為了達到這個目的，董全峰的思路是液相擴展催化，取得了高容量和循環穩定性。
  • 周豪慎教授EES:可以在高水含量電解液中穩定循環的高壓鋰金屬電池
    這種簡單而有效的除水方法得鋰離子電池（LIBs）/鋰金屬電池（LMBs）可以在高水含量/高溼度電解液的條件下組裝並保持穩定的電化學循環穩定性。因而開發出一種，能夠使得鋰離子電池（LIBs）/鋰金屬電池（LMBs）可以在高水含量/高溼度電解液的條件下組裝並保持穩定的電化學循環穩定性的措施，具有重要的理論和現實意義。
  • 核心難點被攻克 鋰硫電池要接棒三元鋰電池了?
    核心難點被攻克 鋰硫電池要接棒三元鋰電池了？-獨家觀察-電池中國網    繼今年6月中南大學賴延清教授團隊在鋰硫電池高安全、高比能與長壽命難以協同問題上的研究取得重大突破，鋰硫電池技術研發又接連傳來捷報。
  • 液體鋰硫和鋰硒電池採用固體電解質 能量密度高達500Wh/kg
    這兩種電池採用固體電解質，能量密度有望超過500wh /kg和1000 wh /l，具備低的能量成本和良好的電化學循環穩定性，有望應用於規模化儲能等領域。這些電池採用Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12 （LLZTO）陶瓷管作為電解質，將正負極之間完全隔離開，電池運行在240度的環境。
  • 富硫有機正極材料問世 為鋰硫電池提供高容量
    蓋世汽車訊 據外媒報導，北京航空航天大學的研究人員，開發一種線性分子富硫有機材料，可作為鋰硫電池的硫正極。四甲基二硫代秋蘭姆-硫 (TMTD-S)正極材料，在0.2C(1C＝1061mAh/g)下，提供685mAh/g的初始容量，並能在200次循環後，保持540mAh/g的容量。
  • 高性能鋰二次電池研究獲進展
    然而，如單質硫與硫化鋰的不導電性、多硫化鋰中間產物的穿梭效應及充放電過程中體積的變化等問題，降低鋰硫電池的利用率，使得容量衰減迅速，阻礙其商業化。中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所研究員張躍鋼與藺洪振團隊分別從納米材料結構設計與表面功能化出發，製備不同的活性納米催化劑複合材料，選用原位光譜手段研究其相關作用機制。
  • 鈉離子電池助力電網儲能、硫硒化鉬雜化負極、陽離子COF、硝酸鋰...
    鈉離子電池（NIBs）因鈉元素豐富，具有潛在的電化學性能和對環境有益的性質，因此被視為一種極具吸引力的存儲技術。此外，鈉電池材料的新進展使得能夠採用一些不含稀有元素（如Li、Co、Ni）的高電壓和高容量正極，從而為低成本的NIBs提供了有效途徑，使得其在能量密度上可與鋰電池相媲美，而又能夠同時服務於大規模電網儲能的需求。
  • ...技術在鋰離子電池中的最新研究進展及其在高比能矽負極中的應用...
    較大的首次不可逆容量損失消耗大量的電解液和正極材料中脫出的鋰離子，導致較低的充放電效率、放電比容量及差的穩定性，降低了電池的能量密度和循環壽命。預鋰化技術（圖1）為解決不可逆容量損失、提高庫侖效率提供了有效的方案。
  • 鋰化技術在鋰離子電池中的最新研究進展及其在高比能矽負極中的...
    將0.2～0.3 mm厚的鋰箔（鋰箔與硬碳質量比6∶94）直接壓在硬碳電極的表面，和金屬鋰組成半電池時，開路電位為 0.3 V(vs. Li/Li+ )，首次庫侖效率高達100%，通過計算首次不可逆容量損失，可以加入化 學計量的金屬鋰，而不帶來安全隱患。和 LiCoO2正極組成全電池，庫侖效率可提高到 86%。相似的方法也被用於緩減矽負極首次不可逆容量損失，包括無定形的Si薄膜電極。