新型海绵材料帮助解决锂硫电池不稳定问题:手机超长待机或不再是梦

2021年08月09日 15:31 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

据外媒报道,虽然锂硫电池的能量密度可以让智能手机续航5天或让电动飞机飞行距离达到目前的两倍,但其固有的不稳定性是其广泛应用的关键障碍。对此,日本科学家提出了一个很有前途的解决方案--集成一种新型海绵材料从而使锂硫电池原型能安全地承受数百次循环。

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跟为现代社会提供大量能源的锂离子电池相比,锂硫电池更轻,每重量提供的能量高达5倍,尤其适合用于电动汽车。对于这些应用来说,能量密度是一个关键问题,因为电动汽车、卡车尤其是飞机的续航里程都受到它们所用的非常重的电池组所能容纳能量的限制。

这项新研究的论文第一作者Hui Zhang博士指出:“锂硫电池比市面上现有的锂离子电池能储存更多的能量。用数字来说,一辆使用锂离子电池的电动汽车在需要充电前可平均行驶300公里。而得益于锂硫电池能够提供的更好的能量存储,它应该有可能增加到500公里。”

虽然下一代锂硫电池的潜力是显而易见的,但研究其稳定性的科学家们一直在努力解决问题,因为稳定性可能会导致关键部件迅速恶化、设备迅速失效。这项新研究是由冲绳科学技术研究生院的材料科学家展开,他们的目标是聚硫化物--会显著降低电池寿命--的形成。

在电池内部,锂和硫之间的化学反应首先会产生锂多硫化物,然后往往会迅速溶解成会带来麻烦的多硫化物。在一个完美的锂-硫电池中,多硫化物锂需要尽快转化为硫化锂或过硫化锂,而该团队表示,他们已经开发出了一种可以加快进程的东西。

据了解,科学家们使用碳纳米管创造了一个纳米级多孔海绵并在其表面涂上氮化钛和二氧化钛,这提供了一些有用的特性。氮化钛有助于加速多硫化物锂向成品的转化,而二氧化钛则吸收在此过程中产生的任何多余的多硫化物。

这项研究的论文第二作者Luis Ono博士表示:“通过利用这两种材料,我们开发了一种成本低且易于应用的混合材料。我们发现,它在改善电池性能方面有着出色的能力。”

跟不使用混合海绵材料的电池相比,该电池表现出了更好的性能且充电时间更短、充电间隔时间更长--这一切要得益于其高比容量,而更重要的是,更长的整体寿命--它能承受200次的循环且不会发生效率损失。

“我们将继续进一步优化材料以提高性能,”该研究的资深作者Yabing Qi说道,“有许多聪明的头脑在研究锂硫电池,这是一项非常有前途和令人兴奋的技术。”

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