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KERI解决了一代锂硫电池中硫流失的问题 助力实现商业化

现有锂离子电池(LIB)使用镍、钴和其他昂贵的稀土元素作为正极材料。与之不同,锂硫电池采用的是储量丰富的硫元素,可显著降低其制造成本。锂硫电池被认为是非常有希望的下一代电池,因其理论上的比能量密约是LIB的5倍。

然而,锂硫电池实现商业化还需克服诸多挑战。当锂在充放电过程中遇到硫时,就会产生中间产物“多硫化锂”。由于其溶解度较高,因此溶解的多硫化锂会发生穿梭现象,导致正极材料在反复充放电时发生损失。也就是说随着多硫化锂不断在电解液中溶解,硫会不断损失。因此,多硫化物穿梭被认为是锂硫电池商业化的最大障碍,因为这个问题直接关系到电池的寿命和安全性退化。

据外媒报道,韩国电气研究院(Korea Electrotechnology Research Institute,KERI)通过应用活性炭和磷(P)解决了这一问题,实现低成本和柔性高能量密度锂硫电池,并将相关论文发表于期刊《Small》上。

具有微孔的活性炭纤维由于其高吸收性而广泛用于各种类型的过滤器和漂白剂。研究小组将活性炭用作隔膜的涂层材料,以捕获在充电/放电循环过程中物理产生的多硫化锂。此外,研究小组将高吸收性P应用于碳材料进行化学捕获。这种多峰捕获方法有助于防止锂硫电池因多硫化锂的穿梭效应而引起性能下降。

此外,研究小组还通过增强其灵活性成功提高了锂硫电池的可用性。该团队将具有高导电性、强度和柔韧性的碳纳米管材料应用于硫阴极,以消除重集电器(以增加能量密度),同时通过弯曲性能确保耐用性。

通过上述工艺,KERI开发的锂硫电池的能量密度达400Wh/kg,被认为是世界上能量密度最高的锂硫电池。锂硫电池结合了高能量密度、高性能安全(寿命)、高灵活性(持续时间)以及轻量化和低成本等现有优势,因此具有较高的商业化实现可能。具体而言,预计锂硫电池将主要用于未来航空移动领域,包括航天、飞行汽车、无人机等需要轻量化和长续航的领域。

KERI研究团队的领导者Jun-Woo Park博士表示:“由于使用的是丰富且廉价的硫和碳材料,锂硫电池对于韩国等稀土元素和资源稀缺的国家非常重要。我们计划将这一研究成果与KERI自主研发的‘大规模合成固体电解质’技术相结合,以确保下一代固态锂硫电池的原创技术。”

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