研究人員解決了使用混合材料生產(chǎn)未來(lái)電池設(shè)備時(shí)出現(xiàn)的一個(gè)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題。
未來(lái)電池的發(fā)展向更高的能量密度、更快的充電速度推進(jìn)，科學(xué)家們?yōu)榱诉@兩個(gè)目標(biāo)努力了一段時(shí)間，開(kāi)發(fā)了一些設(shè)備。然而，實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)目標(biāo)可能意味著放棄目前商業(yè)上使用最多的傳統(tǒng)鋰離子電池設(shè)計(jì)。
為此，日本研究員們開(kāi)發(fā)了一種新型鋰硫電池設(shè)計(jì)，或許可以解決這種新型電池帶來(lái)的一些常見(jiàn)問(wèn)題。到目前為止，常見(jiàn)問(wèn)題是商業(yè)化應(yīng)用的主要障礙。
沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院（Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University）的一組研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種混合材料，可以降低中間產(chǎn)品在電池生產(chǎn)過(guò)程中溶解的可能性，盡管鋰硫電池比典型的鋰離子電池具有明顯的優(yōu)勢(shì)，卻阻礙了鋰硫電池廣泛使用。
沖繩科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院教授、項(xiàng)目研究員之一Hui Zhang教授指出鋰硫電池相較于已使用于電動(dòng)汽車應(yīng)用的鋰離子電池明顯可以存儲(chǔ)更多能量。
Zhang教授在新聞聲明中解釋：“使用鋰離子電池的電動(dòng)汽車在充滿電平均可以行駛300公里。隨著鋰硫電池提供更高儲(chǔ)能能力，電動(dòng)汽車的續(xù)航能力或許可以擴(kuò)展到500公里?！?/p>
溶解物質(zhì)之謎
在鋰硫電池的制造過(guò)程中，硫與鋰的反應(yīng)分為兩個(gè)階段。第一個(gè)階段，反應(yīng)的產(chǎn)物是多硫化鋰，可以很容易溶解成多硫化物。如果這一現(xiàn)象發(fā)生，多硫化物會(huì)損害電池的性能，大大縮短電池的壽命。
因此，為了制造出最優(yōu)性能的鋰硫電池，多硫化鋰需要盡快轉(zhuǎn)化成二硫化鋰（Li2S2）或硫化鋰（Li2S）。
為了使多硫化鋰盡快轉(zhuǎn)化成二硫化鋰或硫化鋰，研究人員使用低成本混合物將兩種不同材料二氧化鈦（TiO2）與氮化鈦（TiN）混合，二氧化鈦可以吸收不需要的多硫化物，氮化鈦可以加速反應(yīng)過(guò)程并降低問(wèn)題發(fā)生的可能性。研究人員發(fā)現(xiàn)這種混合物可以提高電池性能。
由于研究人員使用的材料十分敏感，所以他們?cè)诩{米尺度上工作，以最大限度地提高電池效率。他們發(fā)現(xiàn)10納米的氮化鈦和5納米的二氧化鈦可以制造出最有效的混合物。
通過(guò)研究人員對(duì)新研發(fā)電池的超過(guò)200次循環(huán)測(cè)試，他們發(fā)現(xiàn)新研發(fā)電池比商用鋰離子電池充電時(shí)間更短，充電間隔更長(zhǎng)，電池壽命更長(zhǎng)。
該研究團(tuán)隊(duì)在《Nature Communications》上發(fā)表一片論文，計(jì)劃繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)，優(yōu)化材料，提高鋰硫電池的性能。
中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì) 楊柳翻譯
2021.10.21
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