中科院：高性能鋰硫電池研究獲進展

時間:2016-03-15 09:28來源:中國環(huán)保在線 作者:西顧
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      中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所功能高分子材料研究中心發(fā)展了一種在三維多孔碳(3DPGC)結(jié)構(gòu)中原位制備并負載硫的新方法，硫在保持納米分散的前提下，負載量達到90%，創(chuàng)造了硫的最高負載量紀錄，電極初始比容量高達1382mAhg-1；硫的原位負載還形成碳硫鍵，經(jīng)過1000次循環(huán)后，平均每次循環(huán)的容量衰減僅為0.039%，達到了當前的最高循環(huán)穩(wěn)定性。
 
　　當前，電動汽車發(fā)展面臨著一個問題，那就是由于電池的質(zhì)量能量密度較低，使得電動汽車上的電池又大又重。因此，每一輛電動汽車安裝上去的電池數(shù)量都很有限。比如特斯拉的ModelS的電池組平鋪在汽車地板上，大概長2米、寬1.2米。在頂級配置車型中，如此大體積的動力電池，能提供的行駛里程也只不過大約300英里(482公里)，之后就需要插入充電樁進行充電。而日產(chǎn)聆風(fēng)充一次電更是只能跑80英里(128公里)左右。除此之外，鋰電池充電過程比起傳統(tǒng)汽車的加油要慢得多。
 
　　因此，科學(xué)家們便希望開發(fā)出一種擁有較高能量密度的新型電池。從目前技術(shù)上來看，理論能量密度最高的兩個體系是鋰硫電池和鋰空氣電池，這兩類電池的質(zhì)量能量密度均超過500Wh/kg，能夠較好地提升電動汽車的行駛里程數(shù)。
 
　　鋰硫電池是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負極的一種鋰電池，是鋰電池的一種。其比容量高達1675mAh/g，遠遠高于商業(yè)上廣泛應(yīng)用的鈷酸鋰電池的容量(<150mAh/g)。同時，硫是一種對環(huán)境友好的元素，對環(huán)境基本沒有污染，是一種非常有前景的鋰電池。但是，硫具有不導(dǎo)電、中間產(chǎn)物聚硫鋰溶于電解質(zhì)、體積膨脹嚴重等缺點，這些問題使得鋰硫電池的大規(guī)模應(yīng)用面臨諸多挑戰(zhàn)，包括安全性、倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性等。
 
　　為了克服這些問題，中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所功能高分子材料研究中心發(fā)展了一種在三維多孔碳(3DPGC)結(jié)構(gòu)中原位制備并負載硫的新方法，硫在保持納米分散的前提下，負載量達到90%，創(chuàng)造了硫的最高負載量紀錄，電極初始比容量高達1382mAhg-1；硫的原位負載還形成碳硫鍵，顯著提高了電極材料的充放電循環(huán)穩(wěn)定性，經(jīng)過1000次循環(huán)后，平均每次循環(huán)的容量衰減僅為0.039%，達到了當前的最高循環(huán)穩(wěn)定性。因此，這一材料在提高硫的負載及利用效率的同時，還提高了電極材料的充放電循環(huán)穩(wěn)定性。
 
　　相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在國際期刊《自然.通訊》上(NatureCommunications2016，7，10601)。隨后，國際著名碳材料學(xué)家RodneyRuoff教授和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授季恒星在《物理化學(xué)學(xué)報》雜志上撰寫亮點文章(ActaPhys.Chim.Sin.2016，32，797)，對以上研究成果的創(chuàng)新性進行了評價。
 
　　此前，南京工業(yè)大學(xué)和新加坡高校合作，改良鋰硫電池，使得其使用周期可提高至800次，續(xù)航里程至少600公里。
 
　　隨著鋰硫電池重要技術(shù)相繼獲得突破，尤其是海內(nèi)外各大汽車廠商不斷加大對鋰電池投入，其產(chǎn)業(yè)化進程將進一步加快。據(jù)估算，未來5年全球鋰電池及相關(guān)產(chǎn)業(yè)每年市場總規(guī)模將達到3.1萬億元。在國家政策支持下，鋰硫電池前景廣闊。目前，我國已有三家上市公司試水鋰硫電池領(lǐng)域。
 
　　成飛集成：公司曾互動平臺上表示，公司對石墨烯鋰硫電池處于試驗調(diào)研階段。
 
　　西藏城投：子公司陜西國能新材料的產(chǎn)品在超級電容、鋰硫電池等前沿科技領(lǐng)域進行應(yīng)用經(jīng)營。
 
　　寶泰�。号c清華大學(xué)合作項目包括高比能量鋰硫電池用石墨烯/硫復(fù)合電極材料制備。
 
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