混合聚合物网络阴极可能是电动汽车低成本、长寿命可再生电池的关键

Josiah02 · 发表于 2024-10-25 20:26:34

作为电动汽车和其他设备的下一代可再生电池，锂硫电池从未发挥出其潜力。但 SMU 机械工程师 Donghai Wang 和他的研究团队找到了一种方法，使这些锂硫电池比现有的可再生电池使用寿命更长，能量水平更高。
研究小组已经能够防止锂硫电池产生一种被称为多硫化物溶解的不良副作用，这种副作用会随着时间的推移而出现，从而缩短电池的使用寿命。
布朗基金会机械工程系主任兼南卫理公会大学莱尔分校机械工程系教授王表示：“这一突破可能带来更耐用、寿命更长的电池。”他的研究重点是纳米结构功能材料的设计和合成以及锂离子电池等储能技术，也包括锂离子技术以外的技术。
发表在《自然可持续性》杂志上的研究表明，该团队新开发的混合聚合物网络阴极可使锂硫电池的容量超过 900 mAh/g（毫安时/克质量），而锂离子电池的容量通常为 150-250 mAh/g。这意味着它可以保存更多的电能。
“它还具有出色的循环稳定性——优于传统的锂硫电池，”王说。
循环容量衡量电池在容量急剧下降之前可以充电和放电的次数。循环容量越高，电池的使用寿命越长。
协助王设计阴极的是来自宾夕法尼亚州立大学、太平洋西北国家实验室、布鲁克海文国家实验室、伊利诺伊大学芝加哥分校和阿贡国家实验室的研究人员。
提供更多能源的经济高效解决方案
锂硫电池作为可再生能源如此有前景的原因在于，它们比传统的离子充电电池更经济，并且可以容纳更多的能量。
但这些电池存在一个关键问题。
王说：“多年来，电池界一直在努力减轻多硫化物溶解带来的负面影响。”
所有电池都有正极和负极。在电池内部，这两个端子之间不断发生的化学反应为电池提供电力。
对于锂硫电池，含硫正极或端子（称为阴极）与锂金属负极（称为阳极）配对。这些组件之间是电解质，即允许离子在电池两端之间通过的物质。
然而，硫远非理想的电极材料。
当锂离子与阴极上的硫原子结合时，它们会产生可溶性多硫化物分子，这些分子会漂移到电解质中，导致阴极性能下降，并降低电池承受多次充电循环的能力。这被称为多硫化物溶解。
王和他的团队找到了解决这个问题的方法，即使用所谓的混合聚合物网络阴极。
“我们的阴极采用了多重硫键合束缚、原子吸附和分子水平的快速锂离子/电子传输，”王解释说。“这种组合可以实时重新结合和吸附任何未结合的硫物质，从而有效消除可溶性多硫化物并延长电池的循环寿命。”

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