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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
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新型鋰硫電池突破高能和壽命“瓶頸” 已有1人參與
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新型鋰硫電池突破高能和壽命“瓶頸” 通過堆疊柔性厚電極制造出1000毫安時袋式鋰硫電池原型。圖片來源：韓國電氣研究所 科技日報北京1月22日電（記者劉霞）韓國電氣研究所下一代電池研究中心的科學(xué)家，成功攻克鋰硫電池在能量密度和循環(huán)壽命方面的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，研制出一款具有高能量密度和長循環(huán)壽命的大面積鋰硫電池原型。研究論文發(fā)表于《先進(jìn)科學(xué)》雜志。 鋰硫電池以硫?yàn)檎龢O，金屬鋰為負(fù)極，理論能量密度是鋰離子電池的8倍多，極具應(yīng)用潛力。此外，鋰硫電池使用儲量豐富的硫元素而非昂貴的稀土元素，不僅成本低廉，而且環(huán)保。輕便耐用的鋰硫電池被視為是交通領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。 然而，鋰硫電池在充放電過程中會產(chǎn)生多硫化鋰這一中間物質(zhì)。多硫化鋰會在電池的正負(fù)極之間穿梭，引發(fā)不必要的化學(xué)反應(yīng)，從而降低電池的壽命和性能。這一直是鋰硫電池商業(yè)化道路上的絆腳石。 為攻克這一難題，研究團(tuán)隊(duì)讓單壁碳納米管（SWCNT）與氧官能團(tuán)“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手”。SWCNT是一種強(qiáng)度超過鋼、電導(dǎo)率與銅相當(dāng)?shù)男虏牧�，而氧官能團(tuán)則增強(qiáng)了SWCNT在電池內(nèi)的分散性。SWCNT和氧官能團(tuán)的結(jié)合穩(wěn)定了電極，有效控制了多硫化鋰的溶解和擴(kuò)散，顯著減少了活性材料硫的損失。同時，SWCNT的高柔韌性和氧官能團(tuán)的親水性使得電極在制造過程中能形成均勻且光滑的表面，有助設(shè)計并制造出大面積且高容量的電池。 研究團(tuán)隊(duì)制造出尺寸為50毫米×60毫米的柔性厚電極，并組裝成1000毫安時袋式鋰硫電池原型。測試結(jié)果顯示，該原型性能優(yōu)異，即使經(jīng)過100次充放電循環(huán)，仍能保持85%以上的容量。 最新技術(shù)不僅解決了鋰硫電池的技術(shù)難題，還實(shí)現(xiàn)了大面積、高容量柔性電極的設(shè)計和原型開發(fā)，為下一代鋰硫電池的商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。 |
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liuyang512
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韓國漢陽大學(xué)研究人員設(shè)計出新型鋅空氣袋式電池 可用于電動汽車 蓋世汽車 劉麗婷 2021-05-21 09:34:55 蓋世汽車訊 鋅空氣電池（ZAB）因其諸多優(yōu)勢被認(rèn)為是極具潛力的下一代電池技術(shù)。該種電池采用獨(dú)特的半開式結(jié)構(gòu)，并具有超高理論能量密度（在含氧和不含氧的情況下分別為1,036 Wh kg-1和1,370 Wh kg-1）、柔性電極和固有的水性電解質(zhì)。此外，與電池中的其他材料相比，鋅（Zn）對環(huán)境的危害較小，并且存儲量更豐富。 據(jù)外媒報道，近日，韓國漢陽大學(xué)的研究人員設(shè)計出一種新型鋅空氣袋式電池，其性能優(yōu)于市面上的其他電池。該袋式電池采用（101）-小平面磷化銅[CPS（101）]作為陰極、抗凍性殼聚糖生物纖維素作為超離子導(dǎo)體電解質(zhì)，以及采用圖案化的Zn作為陽極。 ? 研究人員之一Jung-Ho Lee表示：“之前采用液體（6毫升KOH氫氧化鉀）電解質(zhì)的ZAB均以失敗告終，其原因是氧化還原和析氧反應(yīng)（ORR / OER）的動力學(xué)緩慢，以及在寬溫度下伴隨著寄生反應(yīng)的Zn的不可逆性。受該特點(diǎn)啟發(fā)，我們開發(fā)出固態(tài)電解質(zhì)，例如功能化的生物纖維素，從而能夠有效地轉(zhuǎn)移OH-離子，而不會發(fā)生寄生反應(yīng)�！� 之前的工作中，Lee及其同事創(chuàng)建出基于FBN（纖維蛋白）的電解質(zhì)，其在室溫下可顯示出64 mS cm-1的高離子電導(dǎo)率。但是，研究人員發(fā)現(xiàn)，由于與水凍結(jié)和體積膨脹相關(guān)問題，該電解質(zhì)在零度以下和高溫情況下會失去作用。 因此，研究人員建議使用殼聚糖細(xì)菌纖維素（CBC）作為陰離子交換的固態(tài)電解質(zhì)。該電解質(zhì)主要由生物纖維素和殼聚糖組成，然后交聯(lián)2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基（TEMPO）和1,4-二氮雜雙環(huán)[2.2.2]辛烷（DBO）季銨鍵。 Lee表示：“我們采用了兩個關(guān)鍵過程，TEMPO氧化和DBO季銨化，可顯著改善電池的抗凍特性，以及抗溶脹性、交聯(lián)相容性和抗離子性。CBC內(nèi)部還存在水，且可進(jìn)行轉(zhuǎn)移。但其形式是是分子水，而不是液態(tài)水。因此，即使在-20°C的溫度下，我們也可以獲得出色的電池性能和良好的穩(wěn)定性�！� Lee及其同事還制造出基于CBC的膜電解質(zhì)。該電解質(zhì)使用氫氧化物溶液進(jìn)行離子交換，從而顯示出比常規(guī)堿性電解質(zhì)更低的pH值。研究人員制備的納米纖維CPS（101）是專門為囊袋細(xì)胞應(yīng)用而合成。 Lee表示：“由于CPS（101）的最佳化學(xué)計量比為C：P：S = 1：0.5：0.5，因此化學(xué)計量比的變化會嚴(yán)重影響電池運(yùn)行期間的電化學(xué)性能。磷和硫陰離子在空間上與銅陽離子具有同等配位（相同數(shù)量的Cu-S和Cu-P鍵）共軛，并在之后的循環(huán)中保留相當(dāng)穩(wěn)定的短程和長程有序結(jié)構(gòu)�！� 在該鋅空氣袋式電池運(yùn)行期間，如果FBN膜無法形成固體電解質(zhì)中間相（SEI），則CBC會生成堅(jiān)固的SEI層，從而延長循環(huán)壽命。此外，CBC還會保護(hù)陽極表面免受腐蝕和產(chǎn)生副反應(yīng)。與使用水性電解質(zhì)或其他固態(tài)電解質(zhì)的電池相比，該鋅空氣電池可以延長循環(huán)時間。 Lee還稱：“室溫下，鋅空氣電池優(yōu)異電導(dǎo)率（86.7 mS cm-1）為目前氫氧根超導(dǎo)體的最高值，相當(dāng)于商用A201的兩倍。即使在干燥的-20℃的低溫下，也可以簡單地澆鑄5 ?m、900 cm2的CBC膜，并具有出色的機(jī)械穩(wěn)定性，而FBN、A201或聚砜則容易降解成小碎片。” 下一代電池的一般要求是：電芯組級能量密度> 300 Wh kg-1、75美元kWh-1、可在15分鐘內(nèi)充滿電（至少充至80％），以及可在超寬溫度范圍內(nèi)運(yùn)行。為了上述要求，電池設(shè)計人員必須克服一系列限制，同時還要確保電池安全、電化學(xué)/機(jī)械穩(wěn)定，此外還可由豐富且易于回收利用的材料制成。 Lee表示：“大多數(shù)鋅空氣電池都遵循5-10％放電深度（DOD）的淺循環(huán)，其電池能量無法和鋰離子電池相比。盡管之前很少有報告保留35 mWh cmgeo-2所需的面積能量，但它們的循環(huán)壽命被限制在100次以下，而DOD被限制在5-10%。要想獲得120 Wh kg cell-1的特定能量，DOD需要至少為20%，然而之前的電池并沒有遵循商用電池所需的最低標(biāo)準(zhǔn)�！� Lee表示：“通過優(yōu)化電芯參數(shù)，我們的袋式電池在電流密度為25 mA cm-2的情況下，以70％DOD的350次循環(huán)顯示出最高的電池級能量密度523±15 Wh kgcell-1（體積能量密度為1609±35 Wh l-1）。此外，我們還表明，通過采用雙極堆疊技術(shù)（增加堆疊數(shù)量），在約20 Ah的袋式電池容量下，體積能量密度可以進(jìn)一步提高至1800 Wh L-1。每次充電可支持續(xù)航里程800-900英里，且在15分鐘內(nèi)充至100％，里程耐久性達(dá)到約100萬英里。” 經(jīng)進(jìn)一步測試后，新型鋅空氣袋式電池可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)。Lee和他的同事們表示該電池還可被用于為無人機(jī)、電動汽車或電動短途飛機(jī)提供動力。 Lee補(bǔ)充說：“我們現(xiàn)在正在簡化CPS（空氣陰極）和CBC（固體電解質(zhì)）的合成配方，從而擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模。我們的ZAB工作溫度為-20至80℃，但我們正試圖擴(kuò)大其工作溫度范圍。此外，我們將考慮使用鋁替代鋅來評估鋁空氣電池的潛力�！� *特別聲明：本文為技術(shù)類文章，禁止轉(zhuǎn)載或大篇幅摘錄！違規(guī)轉(zhuǎn)載，法律必究。 本文地址：https://auto.gasgoo.com/news/202105/21I70255633C409.shtml 發(fā)自小木蟲手機(jī)客戶端 |
2樓2025-01-23 18:53:44
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