鋰硫電池

近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究部張華民研究員、李先鋒研究員、張洪章副研究員團(tuán)隊(duì)提出一種含大體積陽離子的鋰硫電池電解液，并證實(shí)其能夠有效提高多硫化物穩(wěn)定性，延長(zhǎng)鋰硫電池的循環(huán)壽命。該相關(guān)研究成果發(fā)表在Advanced Functional Materials (DOI:10.1002/adfm.201704987) 上。

鋰硫電池具有能量密度高、成本低、環(huán)境友好的優(yōu)勢(shì)，是國(guó)際儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。然而，由于鋰硫電池存在多硫化鋰飛梭、多硫化鋰歧化、電解液分解、金屬鋰枝晶粉化等問題，導(dǎo)致其循環(huán)壽命短，尚未滿足大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的要求。該研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)多硫化鋰歧化的問題，基于“軟硬酸堿理論”，通過在電解液引入大體積陽離子來絡(luò)合多硫根離子，有效提高了多硫化鋰在電解液中的穩(wěn)定性。采用該電解液組裝的5000 mAh鋰硫電池器件的比能量可達(dá)300 Wh/kg，且穩(wěn)定循環(huán)100次以上，容量保持率約70%。該工作為提高鋰硫電池的循環(huán)壽命提供了新思路和新策略。

上述研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委、教育部能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心（iChEM）、中科院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)等項(xiàng)目的資助。

（來源：中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所）

【Technews科技新報(bào)】廢棄塑料一直以來都是困擾人們的世界性難題，而美國(guó)普度大學(xué)（Purdue University）工程師想出一個(gè)可以解決廢棄塑料，同時(shí)提升鋰硫電池壽命方法。

鋰硫電池理論能量密度為鋰離子電池 3 到 5 倍之多，高達(dá) 2,600Whkg，為電動(dòng)車與筆記本電腦電池重要條件，因此被稱為鋰離子電池下一代技術(shù)，只不過該電池充電循環(huán)僅有短短 100 次。

普度大學(xué)團(tuán)隊(duì)找出一個(gè)一箭雙雕的方法，可同時(shí)解決塑料回收與電池壽命問題，根據(jù)其在《ACS Applied Materials and Interfaces》研究，首先將諸如透明塑料袋等無墨塑料浸泡在含硫溶液中，再將其微波并制成電池中的碳支架，可將鋰硫電池充電循環(huán)提升到 200 次。

（Source：普度大學(xué)）

普度大學(xué)化學(xué)工程助理教授 Vilas Pol 表示，不管回收多少次，塑料一直都會(huì)存在世界上，團(tuán)隊(duì)只是想出一個(gè)辦法提升塑料價(jià)值。

低密度聚乙烯常用于塑料與包裝，為塑料污染主要元兇，但它在實(shí)驗(yàn)中竟搖身一變成解決鋰硫電池長(zhǎng)期問題關(guān)鍵。該障礙被稱為多硫化物穿梭效應(yīng)（polysulfide shuttling effect），會(huì)導(dǎo)致電池充電容量與壽命下降。

鋰硫電池顧名思義就是利用鋰與硫構(gòu)成，當(dāng)電流通過時(shí)，鋰離子會(huì)遷移到硫并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生硫化鋰（lithium sulfide），然而該反應(yīng)副產(chǎn)物多硫化物容易回到鋰電極，并阻礙鋰離子移動(dòng)，這將會(huì)降低電池的充電容量以及壽命。

普度大學(xué)化學(xué)工程研究員 Patrick Kim 指出，阻斷多硫化物最簡(jiǎn)單方法便是在鋰和硫之間打造物理屏障。

以往研究也有想過要用此辦法解決問題，像是香蕉皮和開心果殼等生質(zhì)能，利用生物質(zhì)衍生碳中的孔隙捕獲多硫化物。Pol 表示，每種材料各有益處，但生物質(zhì)易于保存、更適合用在其他地方，而廢棄塑料就真正只是無用又沉重的材料。

因此研究員想將塑料納入電池的碳支架，且過去研究也指出，低密度聚乙烯塑料與磺化基團(tuán)（sulfonated group）結(jié)合后也會(huì)產(chǎn)生碳。

研究員借由將塑料袋浸入含硫溶劑中，并將其放入微波爐中，以便宜有效的方式將溫度升高并將塑料轉(zhuǎn)化成低密度聚乙烯，且熱能還可以促進(jìn)塑料磺化和碳化，讓孔隙更密集，捕獲更多多硫化物，最終制成碳支架將鋰與硫分開。

Kim 表示，用這個(gè)方法制作出來的塑料衍生碳與磺化基團(tuán)會(huì)帶有負(fù)電荷，而這也是多硫化物具有的特性，因此將磺化低密度聚乙烯制成碳支架，利用相似化學(xué)特性來阻擋多硫化物。Pol 則指出，這是提高鋰硫電池容量的第一步，下一步就是利用此概念制造更大的電池。

（本文由 EnergyTrend 授權(quán)轉(zhuǎn)載；首圖來源：pixabay）

據(jù)造價(jià)通信息網(wǎng)了解，日前，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，成功研制出額定容量15Ah的鋰硫電池，并形成了小批量制備能力。

據(jù)介紹，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。

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。

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