高性价比锂硫电池500次充放电无损

wwxx · 发表于 2014-6-12 14:48

高性价比锂硫电池问世：500次充放电无损
一种工业废品、一点塑料，再加上不太高的温度，或许就是引爆下一个电池革命的导火线。美国国家标准与技术研究所（NIST）、亚利桑那大学和韩国首尔国立大学的研究人员携手，将这些材料混合在一起，研制出了一种廉价、高功率的锂硫电池。研究人员表示，新电池的性能可与目前市场上占主流的电池相媲美，而且，经过500次充放电循环后功能无损。

过去数十年来，锂离子电池的能量密度不断提高，广泛应用于智能手机等领域。但锂离子电池需要笨重的阴极（一般由氧化钴等材料制成）来“收纳”锂离子，限制了电池能量密度的进一步提高。这意味着，对诸如长距离电动汽车等需要更大能量密度的应用来说，锂离子电池有点力不从心。
因此，科学家们将目光投向了锂离子电池更纤瘦的“表妹”——锂硫电池身上，后者的阴极主要由硫（石油工业廉价的副产品）制成。硫的“体重”仅为钴的一半，因此，同样体积的硫收纳的锂离子数为氧化钴的两倍，这就使得锂硫电池的能量密度为锂离子电池的数倍。
但硫阴极也有两大劣势：首先，硫容易与锂结合，形成的化合物会结晶；其次，不断的充放电循环使硫阴极容易破裂，因此，一块典型的锂硫电池经过几次循环就成了无用之物。
据物理学家组织网6月4日报道，在最新研究中，为了制造出稳定的硫阴极，研究人员将硫加热到185摄氏度，将硫元素由8个原子组成的环路融化成长链，随后，他们让硫链同二异丁烯（DIB，一种碳基塑料前体）混合，二异丁烯让硫链连接在一起，最终得到了一种混合聚合物。他们将这一过程称为“逆向硫化”，因为其同制造橡胶轮胎的过程类似，关键的区别在于：在轮胎中，含碳材料会聚集成一大块，硫则点缀其中。
科学家们解释道，添加二异丁烯使硫阴极不那么容易破碎，也阻止了锂硫化合物结晶。研究表明，硫和二异丁烯的最佳混合为二异丁烯占总质量的10%到20%。如果太少，无法保护阴极；如果太多，电化学性能不活跃的二异丁烯会降低电池的能量密度。
测试表明，经过500次循环后，电池的能量密度仍为最初的一半多。亚利桑那大学的化学家杰弗里·佩恩表示，其他还处于实验阶段的锂硫电池也有同样的性能，但其制造成本高昂，很难进行工业化生产。
NIST的材料科学家克里斯托弗·索尔斯表示，尽管如此，这种锂硫电池短期内也不会上市，硫暴露在空气中很容易燃烧，因此，任何经济可行的锂硫电池都需要经过非常严苛的安全测试，才能投放市场。