燃料電池技術接連獲突破
日期：2025-01-08 09:27:57 作者：宏力精密鋼管 閱讀數(shù)：3888月22日，中科院大連化物所陳劍研究員帶領先進二次電池研究團隊，在高比能量鋰二次電池方面取得重要進展，研制成功了額定容量15Ah的鋰硫電池，并形成了小批量制備能力。
據(jù)了解，經(jīng)過檢測的電池比能量大于430Wh/kg，是目前公開報道的容量最大的鋰硫電池，超過SionPower公司報道的鋰硫電池2.5Ah@350Wh/kg的技術指標，是目前從事鋰硫電池研究的最高水平。
鋰硫電池是一種可持續(xù)發(fā)展的高比能量二次電池，具有元素儲量豐富、成本低廉等優(yōu)點，是電動汽車動力電池的研究熱點。目前，鋰硫電池的國際技術水平約為比能量350Wh/kg。為此，鋰硫電池的研發(fā)目標為，至2016年，鋰硫電池的能量密度達到400-600Wh/kg，有望推動這一電池驅動的電動汽車續(xù)航里程超過500公里。
根據(jù)公開資料顯示，陳劍研究團隊自2009年成立以來，一直致力于發(fā)展鋰硫電池新材料和新技術，在理論和技術工藝上有新的突破，獲得很高的理論數(shù)據(jù)和技術指標。這是大連化物所鋰硫電池研究在科技部“863”計劃和中國科學院納米先導專項“長續(xù)航動力鋰電池”項目資助下取得的重要進展。
有業(yè)內專家表示，單質硫作為鋰硫二次電池正極材料與金屬鋰構成的二次電池體系理論比能量密度可達2600Wh/kg，是商業(yè)鈷酸鋰/石墨鋰離子電池(理論能量密度360Wh/kg)的7倍;同時單質硫價格低廉、產量豐富、安全無毒、環(huán)境友好，因而鋰硫電池被認為是很有發(fā)展前景的新一代電池。
國外技術發(fā)展迅速 電池產業(yè)化步伐加快
數(shù)十年以來，鋰離子電池的能量密度不斷提高，并廣泛應用于智能手機等領域。但鋰離子電池需要笨重的陰極(一般由氧化鈷等材料制成)來“收納”鋰離子，從而限制了電池能量密度的進一步提高。這意味著，對諸如長距離電動汽車等需要更大能量密度的應用來說，鋰離子電池顯得有點力不從心。
據(jù)外媒報道，今年6月份，美國國家標準與技術研究所(NIST)、亞利桑那大學和韓國首爾國立大學的研究人員攜手將這些材料混合在一起，研制出了一種廉價、高功率的鋰硫電池。研究人員表示，新電池的性能可與目前市場上占主流的電池相媲美，而且，經(jīng)過500次充放電循環(huán)后功能無損。專業(yè)人士戲稱，一種工業(yè)廢品、一點塑料，再加上不太高的溫度，或許就是引爆下一個電池革命的導火線。
在對能量密度需求大幅增加的背景下，科學家們將目光投向了鋰離子電池更纖瘦的“表妹”——鋰硫電池身上，后者的陰極主要由硫(石油工業(yè)廉價的副產品)制成。硫的“體重”僅為鈷的一半，因此，同樣體積的硫收納的鋰離子數(shù)為氧化鈷的兩倍，這就使得鋰硫電池的能量密度為鋰離子電池的數(shù)倍。
根據(jù)相關媒體報道，在最新研究中，為了制造出穩(wěn)定的硫陰極，研究人員將硫加熱到185攝氏度，將硫元素由8個原子組成的環(huán)路融化成長鏈，隨后，他們讓硫鏈同二異丁烯(DIB，一種碳基塑料前體)混合，二異丁烯讓硫鏈連接在一起，最終得到了一種混合聚合物。他們將這一過程稱為“逆向硫化”，因為其同制造橡膠輪胎的過程類似，關鍵的區(qū)別在于：在輪胎中，含碳材料會聚集成一大塊，硫則點綴其中。
該測試表明，經(jīng)過500次的循環(huán)后，電池的能量密度仍為最初的一半多。亞利桑那大學的化學家杰弗里·佩恩表示，其他還處于實驗階段的鋰硫電池也有同樣的性能，但其制造成本高昂，很難進行工業(yè)化生產。
NIST的材料科學家克里斯托弗·索爾斯表示，盡管如此，這種鋰硫電池短期內也不會上市，因為硫暴露在空氣中很容易燃燒，因此，任何經(jīng)濟可行的鋰硫電池都需要經(jīng)過非常嚴苛的安全測試，才能投放市場。
業(yè)內專家表示，盡管鋰硫電池的正極是限制其應用的重要瓶頸和亟待解決的難題，但這些問題可通過形成碳硫復合電極材料來加以解決。只是這會降低整個電池的能量密度，因為碳硫復合電極材料中硫含量超過70wt%時，才具備應用價值。