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全新锂硫电池储电量超乎想像,研究人员:手机 5 天不用充电

2024-11-24 202


比起现在常见的锂离子电池,尚在实验室阶段的锂硫电池有更高的能量密度和更强大的供电能力,现在澳洲科学家用新研究与数据证明锂硫电池的潜力,新电池性能是传统锂电池的 4 倍,更可让手机 5 天不用充电、电动车续航里程也长达 1,000 公里。

锂硫电池理论重量能量密度是锂电池的 5 倍,高达每公斤 2,700Wh,且还具电池重量轻、原材料丰富,以及不需要添入氟等优势,虽然目前锂离子电池仍是市场宠儿,但这并不影响科学家对锂硫电池的关注与期待,假如未来科学家研发有成,人们将可享用更轻、成本更低与容量更大的电池。

不过锂硫电池研发之路并非一路顺遂,锂硫电池的寿命短,硫的绝缘性与锂容易衰退都是问题,带领团队的澳洲蒙纳许大学(Monash University)教授 Mahdokht Shaibani 更表示,锂硫电池的发展挑战就某方面来说,也是因为硫电极的储电容量太大,以至于无法承受应力(stress)进而破裂。

通常电池充放电过程往往伴随体积变形,无数次膨胀收缩后的应力累积会破坏电极结构,Shaibani 指出,应力会让电极负责传递电子的碳基体、黏合碳与硫的聚合物黏着剂受损,使电池性能下滑。

因此团队决定研发全新黏着剂,且他们提出的解决方案不是打造让碳与硫更紧密的黏着剂,而是帮它们留下恰到好处、刚刚好的“距离”,使碳机体与硫在电极膨胀时,彼此之间还有空间。根据团队发表在《Science Advances》的研究,他们认为这样硫阴极就能承受更高的应力负荷,整体性能也不会下降。

(Source:蒙纳许大学)

目前团队已开始测试新锂硫电池,结果也符合期待,充放电循环 200 次测试中,充放电效率高达 99%,也表现出“前所未有”的高储电容量,研究人员表示,新电池能让手机 5 天不用充电、电动车续航里程也长达 1,000 公里。

现在团队已帮新型锂硫电池申请专利,未来希望能应用在电动车或电池储能系统。研究共同作者 Matthew Hill 表示,新型的电池不仅拥有出类拔萃的性能与使用寿命,采用的水基工艺制造起来也简单、成本更低,还可大幅减少对环境有害的废物。

  • Stable lithium-sulfur battery could see smartphones run for 5 days
  • Supercharging tomorrow: Australia first to test new lithium batteries
  • Expansion-tolerant architectures for stable cycling of ultrahigh-loading sulfur cathodes in lithium-sulfur batteries

(首图来源:shutterstock)

延伸阅读:

  • 全新锂硫电池结构登场,以石墨烯与阴极电解质有效提高稳定性
  • 锂硫电池能量密度再突破,中美已打造重量轻、大容量电池
  • 理论能量密度高但寿命短,锂硫电池商业化进展挑战多
2020-01-08 15:07:00

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