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KERI解決了一代鋰硫電池中硫流失的問題助力實(shí)現(xiàn)商業(yè)化

時(shí)間:2022-05-17 08:24來源:蓋世汽車作者:劉麗婷

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現(xiàn)有鋰離子電池（LIB）使用鎳、鈷和其他昂貴的稀土元素作為正極材料。與之不同，鋰硫電池采用的是儲(chǔ)量豐富的硫元素，可顯著降低其制造成本。鋰硫電池被認(rèn)為是非常有希望的下一代電池，因其理論上的比能量密度約是LIB的5倍。

然而，鋰硫電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還需克服諸多挑戰(zhàn)。當(dāng)鋰在充放電過程中遇到硫時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生中間產(chǎn)物“多硫化鋰”。由于其溶解度較高，因此溶解的多硫化鋰會(huì)發(fā)生穿梭現(xiàn)象，導(dǎo)致正極材料在反復(fù)充放電時(shí)發(fā)生損失。也就是說隨著多硫化鋰不斷在電解液中溶解，硫會(huì)不斷損失。因此，多硫化物穿梭被認(rèn)為是鋰硫電池商業(yè)化的最大障礙，因?yàn)檫@個(gè)問題直接關(guān)系到電池的壽命和安全性退化。

據(jù)外媒報(bào)道，韓國電氣研究院（Korea Electrotechnology Research Institute，KERI）通過應(yīng)用活性炭和磷（P）解決了這一問題，實(shí)現(xiàn)低成本和柔性高能量密度鋰硫電池，并將相關(guān)論文發(fā)表于期刊《Small》上。

具有微孔的活性炭纖維由于其高吸收性而廣泛用于各種類型的過濾器和漂白劑。研究小組將活性炭用作隔膜的涂層材料，以捕獲在充電/放電循環(huán)過程中物理產(chǎn)生的多硫化鋰。此外，研究小組將高吸收性P應(yīng)用于碳材料進(jìn)行化學(xué)捕獲。這種多峰捕獲方法有助于防止鋰硫電池因多硫化鋰的穿梭效應(yīng)而引起性能下降。

此外，研究小組還通過增強(qiáng)其靈活性成功提高了鋰硫電池的可用性。該團(tuán)隊(duì)將具有高導(dǎo)電性、強(qiáng)度和柔韌性的碳納米管材料應(yīng)用于硫陰極，以消除重集電器（以增加能量密度），同時(shí)通過彎曲性能確保耐用性。

通過上述工藝，KERI開發(fā)的鋰硫電池的能量密度達(dá)400Wh/kg，被認(rèn)為是世界上能量密度最高的鋰硫電池。鋰硫電池結(jié)合了高能量密度、高性能安全（壽命）、高靈活性（持續(xù)時(shí)間）以及輕量化和低成本等現(xiàn)有優(yōu)勢，因此具有較高的商業(yè)化實(shí)現(xiàn)可能。具體而言，預(yù)計(jì)鋰硫電池將主要用于未來航空移動(dòng)領(lǐng)域，包括航天、飛行汽車、無人機(jī)等需要輕量化和長續(xù)航的領(lǐng)域。

KERI研究團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)者Jun-Woo Park博士表示：“由于使用的是豐富且廉價(jià)的硫和碳材料，鋰硫電池對于韓國等稀土元素和資源稀缺的國家非常重要。我們計(jì)劃將這一研究成果與KERI自主研發(fā)的‘大規(guī)模合成固體電解質(zhì)’技術(shù)相結(jié)合，以確保下一代固態(tài)鋰硫電池的原創(chuàng)技術(shù)。”

(責(zé)任編輯：子蕊)

文章標(biāo)簽：鋰硫電池 KERI

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