鋰硫電池優缺點
優點:鋰硫電池除了能量密度非常高外,還具有一些其他的優點,一方面,其生產成本比較低。由于鋰硫電池主要采用硫和鋰作為生產原材料,生產成本相對較低;另一方面,鋰硫電池在使用后低毒,并且回收利用的能耗較小。
缺點:鋰硫電池最大的劣勢在于其循環利用次數比較低。因為硫化聚合物具有穩定性比較差的特性,所以當前鋰硫電池的循環利用次數要遠遠低于普通的磷酸鐵鋰電池,這就極大的增加了鋰硫電池的使用成本。
鋰硫電池電極材料
造紙工業一種很常見的副產品:木質磺酸鹽,已被壬色列理工學院科學家證明可做為鋰硫電池的低成本電極材料,目前研究小組創建了一款手表鋰硫電池原型,下一個工作將試著擴大原型。
鋰硫電池能量密度至少是鋰離子電池的兩倍之多,因此盡管可充電鋰離子電池是市場當紅炸子雞,科學家還是對鋰硫電池的開發產生濃厚興趣。
可充電電池主要由兩個電極、電極間的液體電解質以及隔離膜組成,鋰硫電池的陰極由硫碳基質構成,陽極使用鋰金屬氧化物。在元素形式中,硫是不導電的,但當硫在高溫下與碳結合時會變得高度導電,因此被看好應用于新型電池技術中。
然而,鋰硫電池的一大挑戰是硫很容易溶解到電池電解質中,導致兩側電極在循環僅僅幾個周期后就惡化,盡管科學家試圖使用不同形式的碳如:納米碳管、復雜的碳泡沫等將硫穩在適當位置,但成效有限。
壬色列理工學院研究團隊現在找到一種簡單方法,可以從單一原材料中創造出最佳的硫基陰極,他們將造紙工業的主要副產品木質磺酸鹽進行干燥處理,然后放到石英爐管中加熱至700℃,于高熱之下驅除大部分硫氣,但留下一些多硫化物(硫原子鏈),可深度嵌入活性碳基質中。
研究人員重復加熱過程好讓適量硫嵌入碳基質中,接著將材料研磨并與惰性聚合物黏合劑混合,于鋁箔上形成陰極涂層,證實可以用這種廉價、豐富的造紙衍生物質來建構鋰硫電池。
目前團隊設計了一款鋰硫電池原型,規格為手表電池,可循環充放電約200次。下一步工作是擴大原型,以顯著提高放電率和電池循環壽命,使電池有機會為大型數據中心供電、微電網和傳統電網提供更便宜的能源存儲選項。
鋰硫電池未來展望
過近10 年研究者不斷地探索,人們對這一體系的認識逐漸深入。在對電極反應過程條分縷析的基礎上,復雜的硫反應機理也日漸清晰,這些基礎性的工作,為我們根據需要設計具有優異電化學性能的活性材料和電極結構提供了指導。也需要指出,在基礎研究方面仍有許多工作要做,如電極界面傳質/ 傳荷機制、反應中間體的性質、速率控制步驟等。硫材料是鋰硫電池成功的關鍵,除需繼續深入研究如何提高其能量密度、功率密度、循環穩定性外,探索新的硫材料的電極反應和電極存在狀態將是十分有意義的工作。電解液組成對鋰硫電池性能也有顯著的影響,繼續尋找合適的電解液成分和配比,開發特殊環境下使用的功能電解液將極大推動鋰硫電池實用化進程。還有就是要重視整個電池體系的系統研究,尤其是正負極間的相互作用,對鋰硫電池而言,這是比較突出的一個問題。