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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)進行充電時，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，這項優(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），報導(dǎo)了一條可能的解決硫相關(guān)問題的途徑。崔和他的團隊將細(xì)小的硫納米顆粒封裝進空心的二氧化鈦（TiO2）殼層中。然后將這些包覆好的納米顆粒組成正極。當(dāng)電池運行的時候，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，崔報導(dǎo)這種新電池的容量達800-1000毫安時每克，差不多是現(xiàn)在市場上電池的六倍。崔還說到他的團隊將電池充放電超過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“重大進展”。在之前的工作中，崔的團隊將硅納米顆粒封裝進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，崔說他的團隊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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