研究人員找到穩定的鋰硫電池結構 智能機續航有望達到五倍

cnbeta 發佈 2020-01-06T08:58:59+00:00

作為一種潛力巨大的鋰離子電池,鋰硫每單位重量的儲能量可達五倍,但面臨著壽命要短得多的障礙。好消息是,《科學進展》雜誌近日報導稱:由 Mahdokht Shaibani 博士帶領的澳大利亞莫納什大學研究團隊,已經找到了足夠穩定的新型鋰硫電池結構,有望將智慧型手機的續航時間提升至五天。

作為一種潛力巨大的鋰離子電池,鋰硫每單位重量的儲能量可達五倍,但面臨著壽命要短得多的障礙。好消息是,《科學進展》雜誌近日報導稱:由 Mahdokht Shaibani 博士帶領的澳大利亞莫納什大學研究團隊,已經找到了足夠穩定的新型鋰硫電池結構,有望將智慧型手機的續航時間提升至五天。

(來自:Monash University,via:Science Advances)

據悉,新型結構能夠讓鋰硫電池具有前所未有的充放電效率,從而將智慧型手機的典型續航時間提升至數天。馬哈德克特·夏巴尼博士指出:

諷刺的是,由於鋰硫電池硫電極的容量太大,此前在大規模應用時,往往難以應付由此產生的強大壓力,導致其容易出現破裂。

這種由應力導致的關鍵組件的變形和連接失效 —— 即負責將電子傳遞到絕緣硫的碳基體、以及將這兩種材料結合在一起的聚合物粘合劑 —— 最終會導致電池性能的迅速衰減。

有鑒於此,Shaibani 和一支國際研究團隊合作,開始尋找將兩者更穩固地連接到一起的方法。有趣的是,她並沒有使用粘合材料來形成密集的網絡,而是決定「給硫顆粒一些喘息的空間」。

(圖自:Dr. Mahdokht Shaibani,via New Atlas)

如圖所示,新型鋰硫電池結構仍依賴於傳統的粘合劑,但採取了不同的處理方式,從而在碳基質和硫顆粒之間形成超強的橋接鍵,能夠在充電過程中隨著電池的膨脹而留出額外的空間。

換言之,研究團隊創建了一個類似的網絡,但僅在相鄰粒子間放置了最少量的粘合劑,從而增加了容納結構變化、及其產生的應力的空間。

在超過 200 次循環的初步實驗中,新型鋰硫電池結構已表露出一絲希望 —— 充放電效率超過了 99% 。據其所知,這種高容量電極是前所未有的。

研究人員指出,新型電池有望為智慧型手機帶來長達五天的續航,或者讓電動汽車行駛 1000 公里以上而無需充電。後續其計劃進一步擴展測試,以探討作為 EV 動力電池或太陽能儲能電池的前景。

與此同時,研究團隊還申請了相關專利。與傳統鋰離子電池相比,新型鋰硫電池結構不僅改善了性能,還有望大幅降低成本、並減少對環境的影響。

有關這項研究的詳情,已經發表在近日出版的《科學進展》雜誌上,原標題為:

《Expansion-tolerant architectures for stable cycling of ultrahigh-loading sulfur cathodes in lithium-sulfur batteries》

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