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科研人員治愈鋰硫電池的“阿喀琉斯之踵”

鉅大LARGE  |  點擊量:524次  |  2021年11月25日  

科研人員已經研發出一種新成分,可以治愈鋰硫電池的“阿喀琉斯之踵”。


與傳統鋰離子電池相比,鋰硫電池有著重要的優勢:材料價格更低廉、質量更輕。質量相等的鋰硫電池,能量卻相當于鋰離子電池的兩倍,這一能量密度在便攜電子設備和電動汽車領域非常關鍵。


提高能量密度在交通運輸和能源制造領域對降低能源儲存成本、減少溫室氣體排放均非常重要。


然而,經過幾次充放循環之后,鋰硫電池就會逐漸不穩定,兩個電極會發生故障,這一問題使其很難登上能量儲存的“王座”。尤其是鋰離子會與硫發生化學反應,形成遷移和減少電池儲存能力的化合物。


“當這發生時,它們在表面形成阻礙,阻止鋰與陰極接觸。”美國耶魯大學化學教授VictorBatista說。

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在三月二十日發表于美國《國家科學院院刊》的文章中,Batista和合作者展示了一種復合薄膜,可以讓鋰硫電池壽命顯著新增。


研究人員首先模擬了哪種材料和結構能夠讓鋰硫電池壽命更長,并計算了陰極中的分子如何與不同材料發生反應。該團隊隨后利用石墨烯(單原子密度的碳結構)和一種有機聚合物(擁有像樹枝相同的結構)制成了薄膜。結果表明,該薄膜平均厚度為90納米。


該薄膜可讓鋰硫混合物處于一個地方,并組織它們流向電解質,使電池性能下降。通過這一機制,科學家表明它們能夠在不讓鋰—硫電池性能打折扣的情況下,延長其循環使用的壽命。“最妙的地方是用這些材料,我們能夠用極少量的薄膜制作出具有穩定性的電池。”Batista說。


該論文共同作者、耶魯大學能源科學研究所博士后JianbingJiang強調,這種混合薄膜是由商業上可獲得的基本材料做成的,這使其價格低廉,易于大規模使用。


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