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鋰硫電池技術(shù)取得突破 有望制造更輕電動(dòng)汽車電池
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加拿大滑鐵盧大學(xué)的科學(xué)家日前宣稱在鋰硫(Li-S)電池技術(shù)上取得了一項(xiàng)重大突破。借助一種超薄納米材料,他們開發(fā)出一種更加經(jīng)久耐用的硫陰極。該技術(shù)有望制造出重量更輕、性能更好、價(jià)格更便宜的電動(dòng)汽車電池。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的《自然·通訊》雜志上。
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)1月13日?qǐng)?bào)道,由滑鐵盧大學(xué)化學(xué)教授琳達(dá)·納扎爾和她的研究小組發(fā)現(xiàn)的這種新材料能夠保持硫陰極的穩(wěn)定性,克服了目前制造鋰硫電池所面臨的主要障礙。在理論上,同樣重量的鋰硫電池不但能夠?yàn)殡妱?dòng)汽車提供三倍于目前普通鋰離子電池的續(xù)航時(shí)間,還會(huì)比鋰離子電池更便宜。納扎爾教授同樣是加拿大固態(tài)能源材料研究中心主任,她說,這是一項(xiàng)重大的進(jìn)步,讓高性能的鋰硫電池近在眼前。
納扎爾的團(tuán)隊(duì)對(duì)鋰硫電池技術(shù)的研究,最初為人所知是在2009年。當(dāng)時(shí),他們發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文,用納米材料證明了鋰硫電池的可行性。理論上,相對(duì)于目前在鋰離子電池中所使用的鋰鈷氧化物,作為陰極材料,硫更富有競(jìng)爭(zhēng)力。因?yàn)榱虿牧蟽?chǔ)量豐富,重量輕且便宜。但不幸的是,由于硫會(huì)溶解到電解質(zhì)溶液當(dāng)中,形成硫化物,用硫制成的陰極僅僅幾周后就會(huì)消耗殆盡,從而導(dǎo)致電池失效。
納扎爾的研究小組最初認(rèn)為多孔碳或石墨烯能夠通過誘捕的方式將多硫化物穩(wěn)定下來。但是一個(gè)讓他們意想不到的轉(zhuǎn)折是,事實(shí)并非如此,最終的答案既不是多孔碳也不是多孔石墨烯,而是金屬氧化物。
他們最初關(guān)于金屬氧化物的研究曾發(fā)表在去年8月出版的《自然·通訊》雜志上。雖然研究人員自那以后發(fā)現(xiàn),二氧化錳納米片比二氧化鈦性能更好,但新的論文主要是闡明它們的工作機(jī)制。
納扎爾說:“在開發(fā)出新的材料之前,你必須專注于這一現(xiàn)象,找到它們的運(yùn)行機(jī)理。”研究人員發(fā)現(xiàn),超薄二氧化錳納米片表面的化學(xué)活性能夠較好地固定硫陰極,并最終制成了一個(gè)可循環(huán)充電超過2000個(gè)周期的高性能陰極材料。
研究人員稱,這種材料表面的化學(xué)反應(yīng)與1845年德國(guó)硫化學(xué)黃金時(shí)代發(fā)現(xiàn)的瓦肯羅德爾溶液中的化學(xué)反應(yīng)類似。納扎爾說:“具有諷刺意味的是,現(xiàn)在已經(jīng)很少有科學(xué)家研究甚至是講授硫化學(xué)了。于是我們不得不去找很久之前的文獻(xiàn),來了解這種可能從根本上改變我們未來的技術(shù)。”
論文第一作者、滑鐵盧大學(xué)博士后蕭亮(音譯)和研究生康納·哈特、龐泉(音譯)還發(fā)現(xiàn),氧化石墨烯似乎也有著類似的工作機(jī)制。他們目前正在調(diào)查其他氧化物,以確定最有效的硫固定材料。
據(jù)悉,納扎爾教授將在美國(guó)科學(xué)促進(jìn)會(huì)(AAAS)年會(huì)上對(duì)這種鋰硫電池技術(shù)作出更為詳細(xì)的介紹。
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