隨著人們對經(jīng)濟且可持續(xù)性能源的需求不斷增加,持續(xù)研發(fā)高能量密度電池也變得至關(guān)重要。鋰硫電池因能量密度高、成本低、硫儲量豐富、無毒且具有可持續(xù)性,因而吸引了學(xué)術(shù)界和行業(yè)專業(yè)人士的關(guān)注。但是,純硫會與鋰離子和電子發(fā)生反應(yīng),產(chǎn)生多硫化鋰中間體,并溶解在電解質(zhì)中,而且硫的導(dǎo)電性低,最終會導(dǎo)致鋰硫電池循環(huán)壽命短且能量密度低。
(圖片來源:馬里蘭大學(xué))
為了克服以上挑戰(zhàn),據(jù)外媒報道,美國馬里蘭大學(xué)(the University of Maryland)一個由Chunsheng Wang領(lǐng)導(dǎo)的多機構(gòu)研究小組研發(fā)了一種新型硫陰極化學(xué)物質(zhì),可以提升鋰硫電池的穩(wěn)定性,讓其具備更高的能量。
研究人員們利用石墨烯、碳納米管、多孔碳和膨脹石墨等導(dǎo)電材料來防止多硫化合物溶解,并提升硫陰極的導(dǎo)電性,不過面臨的挑戰(zhàn)是需要將納米大小的硫封裝在硫含量高的導(dǎo)電碳基底中,以避免多硫化合物的形成。
研究人員表示:“我們利用硫和氧/碳之間的化學(xué)鍵來穩(wěn)定硫,包括高溫處理,將“原始”硫蒸發(fā),將真空玻璃管中的富氧有機化學(xué)物碳化,從而形成密集的含氧穩(wěn)定硫/碳復(fù)合材料,而且硫含量很高。”
此外,研究人員還用掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線光電子能譜(XPS)和對分布函數(shù)來說明該電極的反應(yīng)機制。
研究人員表示:“在密集的硫/碳復(fù)合材料中,穩(wěn)定的硫以分子形式均勻地分布在碳中,其中硫含量達60%。在激活循環(huán)中固態(tài)電解質(zhì)間相的形成將硫完全密封在碳基底中,在電解貧液的條件下,仍實現(xiàn)了優(yōu)越的電化學(xué)性能?!?/p>
鋰硫電池應(yīng)用廣泛,可用于家用和手持電子產(chǎn)品、電動汽車、大型儲能設(shè)備等。
來源:蓋世汽車
作者:余秋云
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