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新手已上路木蟲 (職業(yè)作家)
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[交流]
鋰硫電池進(jìn)展 已有3人參與
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和所有的電池一樣，今天的鋰離子二次電池也是通過電荷在兩電極（正電極和負(fù)電極）間的往復(fù)穿梭進(jìn)行工作的。當(dāng)電池處于充滿電的狀態(tài)，帶正電荷的鋰離子完全嵌入由帶負(fù)電荷的石墨碳組成的負(fù)極基體中。當(dāng)耗電的小物件開關(guān)被打開，電子從石墨極帶出經(jīng)過外部回路支持工件工作，然后再流入正極材料，如典型鈷酸鋰（LiCoO2）合金。電子從負(fù)極移動到正極導(dǎo)致鋰離子在離子導(dǎo)電的電解液中遷移到正電極。當(dāng)進(jìn)行充電時(shí)，外界施加的電壓驅(qū)使電子從正極再回流到負(fù)極；鋰離子也隨之從正極遷移回來與電子再一次在石墨極匯合。 有一個(gè)問題是鈷酸鋰正極材料并不能容下很多的鋰離子，這會導(dǎo)致電池總體容量降低。研究者們一直以來就想要用硫取代鈷酸鋰，每個(gè)硫原子能容下將近10倍數(shù)量的鋰離子。在考慮其他想法時(shí)，這項(xiàng)優(yōu)勢使得鋰硫電池相比目前的鋰離子電池?fù)碛形灞洞蟮娜萘俊?br /> 但是鋰硫電池也有它的問題。任何電極的首要任務(wù)是導(dǎo)電，允許電子流進(jìn)流出。而硫的導(dǎo)電能力卻很一般。此外，由于很多鋰離子可以與硫結(jié)合，這使得正極材料在充電和放電過程中不斷膨脹和萎縮。最后，這會導(dǎo)致材料產(chǎn)生裂紋甚至破裂。鋰硫的一些副反應(yīng)會產(chǎn)生一系列叫做聚合硫的副產(chǎn)物，這會損壞鋰電池。 在會議上，加利福尼亞帕洛阿爾托斯坦福大學(xué)的材料學(xué)家崔毅（音譯），報(bào)導(dǎo)了一條可能的解決硫相關(guān)問題的途徑。崔和他的團(tuán)隊(duì)將細(xì)小的硫納米顆粒封裝進(jìn)空心的二氧化鈦（TiO2）殼層中。然后將這些包覆好的納米顆粒組成正極。當(dāng)電池運(yùn)行的時(shí)候，他們發(fā)現(xiàn)二氧化鈦的高導(dǎo)電性使電子很容易的流進(jìn)流出。在放電過程中，鋰離子很容易地穿透二氧化鈦殼層和硫原子納米顆粒結(jié)合。即使硫納米顆粒隨著電池充放電不斷地膨脹縮小，由于顆粒極其細(xì)小這些體積變化不會引起破裂。 最后，二氧化鈦能束縛聚合硫，所以副產(chǎn)物不會逃脫并損壞電池其他部分。在會議上，崔報(bào)導(dǎo)這種新電池的容量達(dá)800-1000毫安時(shí)每克，差不多是現(xiàn)在市場上電池的六倍。崔還說到他的團(tuán)隊(duì)將電池充放電超過1000次性能上只有很小的下降。 新加坡南洋理工大學(xué)材料學(xué)家Pooi See Lee稱崔的工作是鋰硫電池領(lǐng)域的“重大進(jìn)展”。在之前的工作中，崔的團(tuán)隊(duì)將硅納米顆粒封裝進(jìn)碳或聚合物外衣中作為高容量的負(fù)極，這能提高鋰離子電池額外十倍的能量。目前，崔說他的團(tuán)隊(duì)正在致力于將兩種納米顆粒電極放在一起看是否能做成電池，作為萬眾期待的圣誕節(jié)禮物。 |
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