石墨烯气凝胶或有利于推进锂硫电池的研发

2019-06-18      646 次浏览

据外媒报道,为了适应电气化未来的需求,需要研发新型电池技术,其中一个选择就是锂硫电池,与锂离子电池相比,理论上来说,此种电池能量密度要高5倍。

最近,瑞典查默斯理工大学(ChalmersUniversityofTechnology)的研究人员在石墨烯海绵(graphenesponge)的帮助下,利用阴极电解液,在此种电池的研发上获得了突破。

研究人员的想法非常新颖,利用一种由还原氧化石墨烯制成的多孔、类似海绵的气凝胶,当作电池的独立电极,从而更好地利用硫、提高利用率。

传统电池由四部分组成,首先,有两个覆盖活性物质的支撑电极,即阳极和阴极;它们之间是电解质,通常是液体,可让离子来回转移;第四个部分是分离器,作为物理屏障,可防止两个电极接触的同时,允许离子转移。

此前,研究人员曾尝试将阴极和电解质结合在一起,成为“阴极电解液”。该概念有助于减轻电池重量,同时使充电速度更快,供电能力更强。现在,由于石墨烯气凝胶得到了发展,该概念被证明有效可行,而且前景很好。

为了使阴极电解液发挥其电解质的作用,还在分离器中加入了部分阴极电解液,也最大限度地提高了电池的硫含量。

目前,大多数商用电池都是锂离子电池,但是此种电池的发展已接近极限,为了满足更高的要求,寻找新型化学方法变得更加重要。而锂硫电池具有多个优点,如能量密度更高。

查默斯理工大学物理系教授兼此次研究主导人表示:“此外,硫很便宜,储量丰富,而且更加环保。此外,锂离子电池中普遍含有对环境有害的氟,而锂硫电池却没有。”

目前为止,锂硫电池的问题在于不够稳定,导致循环寿命短。但是在查默斯理工大学的研究人员在测试新电池原型时,发现新电池在350次循环后,仍保持85%的容量。

新设计避免了硫锂电池降解过程中的两个主要问题,一个是硫溶解到电解质中而丢失,另一个是硫分子从阴极迁移到阳极的“穿梭效应”。在这个设计中,此类问题的影响都被大大减少了。

但是,研究人员指出,该项技术要完全发挥市场潜力仍还有很长一段路要走。他表示:“由于此种电池的生产方式不同于大多数正常电池,因此还需要研发新的生产工艺,以实现该电池的商业化。”

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