燃料電池技術(shù)接連獲突破
日期：2024-10-16 10:12:03 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：3888月22日，中科院大連化物所陳劍研究員帶領(lǐng)先進(jìn)二次電池研究團(tuán)隊(duì)，在高比能量鋰二次電池方面取得重要進(jìn)展，研制成功了額定容量15Ah的鋰硫電池，并形成了小批量制備能力。
據(jù)了解，經(jīng)過檢測(cè)的電池比能量大于430Wh/kg，是目前公開報(bào)道的容量最大的鋰硫電池，超過SionPower公司報(bào)道的鋰硫電池2.5Ah@350Wh/kg的技術(shù)指標(biāo)，是目前從事鋰硫電池研究的最高水平。
鋰硫電池是一種可持續(xù)發(fā)展的高比能量二次電池，具有元素儲(chǔ)量豐富、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，是電動(dòng)汽車動(dòng)力電池的研究熱點(diǎn)。目前，鋰硫電池的國(guó)際技術(shù)水平約為比能量350Wh/kg。為此，鋰硫電池的研發(fā)目標(biāo)為，至2016年，鋰硫電池的能量密度達(dá)到400-600Wh/kg，有望推動(dòng)這一電池驅(qū)動(dòng)的電動(dòng)汽車?yán)m(xù)航里程超過500公里。
根據(jù)公開資料顯示，陳劍研究團(tuán)隊(duì)自2009年成立以來，一直致力于發(fā)展鋰硫電池新材料和新技術(shù)，在理論和技術(shù)工藝上有新的突破，獲得很高的理論數(shù)據(jù)和技術(shù)指標(biāo)。這是大連化物所鋰硫電池研究在科技部“863”計(jì)劃和中國(guó)科學(xué)院納米先導(dǎo)專項(xiàng)“長(zhǎng)續(xù)航動(dòng)力鋰電池”項(xiàng)目資助下取得的重要進(jìn)展。
有業(yè)內(nèi)專家表示，單質(zhì)硫作為鋰硫二次電池正極材料與金屬鋰構(gòu)成的二次電池體系理論比能量密度可達(dá)2600Wh/kg，是商業(yè)鈷酸鋰/石墨鋰離子電池(理論能量密度360Wh/kg)的7倍;同時(shí)單質(zhì)硫價(jià)格低廉、產(chǎn)量豐富、安全無毒、環(huán)境友好，因而鋰硫電池被認(rèn)為是很有發(fā)展前景的新一代電池。
國(guó)外技術(shù)發(fā)展迅速 電池產(chǎn)業(yè)化步伐加快
數(shù)十年以來，鋰離子電池的能量密度不斷提高，并廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)等領(lǐng)域。但鋰離子電池需要笨重的陰極(一般由氧化鈷等材料制成)來“收納”鋰離子，從而限制了電池能量密度的進(jìn)一步提高。這意味著，對(duì)諸如長(zhǎng)距離電動(dòng)汽車等需要更大能量密度的應(yīng)用來說，鋰離子電池顯得有點(diǎn)力不從心。
據(jù)外媒報(bào)道，今年6月份，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)、亞利桑那大學(xué)和韓國(guó)首爾國(guó)立大學(xué)的研究人員攜手將這些材料混合在一起，研制出了一種廉價(jià)、高功率的鋰硫電池。研究人員表示，新電池的性能可與目前市場(chǎng)上占主流的電池相媲美，而且，經(jīng)過500次充放電循環(huán)后功能無損。專業(yè)人士戲稱，一種工業(yè)廢品、一點(diǎn)塑料，再加上不太高的溫度，或許就是引爆下一個(gè)電池革命的導(dǎo)火線。
在對(duì)能量密度需求大幅增加的背景下，科學(xué)家們將目光投向了鋰離子電池更纖瘦的“表妹”——鋰硫電池身上，后者的陰極主要由硫(石油工業(yè)廉價(jià)的副產(chǎn)品)制成。硫的“體重”僅為鈷的一半，因此，同樣體積的硫收納的鋰離子數(shù)為氧化鈷的兩倍，這就使得鋰硫電池的能量密度為鋰離子電池的數(shù)倍。
根據(jù)相關(guān)媒體報(bào)道，在最新研究中，為了制造出穩(wěn)定的硫陰極，研究人員將硫加熱到185攝氏度，將硫元素由8個(gè)原子組成的環(huán)路融化成長(zhǎng)鏈，隨后，他們讓硫鏈同二異丁烯(DIB，一種碳基塑料前體)混合，二異丁烯讓硫鏈連接在一起，最終得到了一種混合聚合物。他們將這一過程稱為“逆向硫化”，因?yàn)槠渫圃煜鹉z輪胎的過程類似，關(guān)鍵的區(qū)別在于：在輪胎中，含碳材料會(huì)聚集成一大塊，硫則點(diǎn)綴其中。
該測(cè)試表明，經(jīng)過500次的循環(huán)后，電池的能量密度仍為最初的一半多。亞利桑那大學(xué)的化學(xué)家杰弗里·佩恩表示，其他還處于實(shí)驗(yàn)階段的鋰硫電池也有同樣的性能，但其制造成本高昂，很難進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
NIST的材料科學(xué)家克里斯托弗·索爾斯表示，盡管如此，這種鋰硫電池短期內(nèi)也不會(huì)上市，因?yàn)榱虮┞对诳諝庵泻苋菀兹紵?，因此，任何?jīng)濟(jì)可行的鋰硫電池都需要經(jīng)過非常嚴(yán)苛的安全測(cè)試，才能投放市場(chǎng)。
業(yè)內(nèi)專家表示，盡管鋰硫電池的正極是限制其應(yīng)用的重要瓶頸和亟待解決的難題，但這些問題可通過形成碳硫復(fù)合電極材料來加以解決。只是這會(huì)降低整個(gè)電池的能量密度，因?yàn)樘剂驈?fù)合電極材料中硫含量超過70wt%時(shí)，才具備應(yīng)用價(jià)值。