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超薄膜让锂硫电池使用寿命显著提高

导读: 近日《美国科学院学报》在线发表文章称,科学家将一种超薄超轻的表面复合膜刷涂到硫电极的表面,从而使锂硫电池的使用寿命显著提高。

与现有的锂离子电池相比,以单质硫为正极,金属锂为负极的锂硫电池具有更高的能量密度、更低的原料成本、更好的环境亲和性。但受限于循环寿命太短,锂硫电池尚不能在大规模储能和电动汽车领域得到实际应用。近日《美国科学院学报》在线发表文章称,科学家将一种超薄超轻的表面复合膜刷涂到硫电极的表面,从而使锂硫电池的使用寿命显著提高。

超薄膜让锂硫电池实现千次以上稳定循环

论文第一作者,现北京化工大学理学院教授刘文接受记者采访时表示,理论上锂硫电池能够实现3倍于现有锂离子电池的储能密度,缓解电动汽车的“里程焦虑”。然而,硫电极的充放电中间产物会溶解到电解质溶液中,造成硫的损失和副反应,导致锂硫电极在使用几周后就会失效。从上世纪60年代锂硫电池问世到现在,科学家一直致力于提高硫电极的稳定性。

刘文和耶鲁大学化学系助理教授王海梁等开发出一种简便易行的方法,即将含有特定官能团(酰胺)的树枝状高分子和石墨烯简单混合,然后涂在硫电极的表面形成复合膜。通过表面复合膜的保护,锂硫电池能够实现1000次以上的稳定循环。通过该技术,有望制造出重量更轻、性能更好、价格更便宜的汽车电池,提高电动汽车的续航能力。

此外,研究团队同时通过实验和理论计算考察了复合膜和电池充放电中间产物的相互作用,确定了锂硫电池中的化学固硫机制。与已有的研究报道相比,该复合膜在几乎不增加额外体积或重量的基础上,能有效提高锂硫电池的循环性能,使锂硫电池离实用更近了一步。

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