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锂硫电池研发获突破进展 商业化进程望加速

文章来源: 电缆网       发布时间:2018-09-14

日前,中国科学技术大学钱逸泰院士团队和王功名教授课题组发现钴基化合物中阴离子的价电子的p能带中心相对费米能级的位置,是影响锂硫电池界面电子转移反应动力学性质的主要因素。


锂硫电池研发获突破进展 商业化进程望加速


研究人员发现了正极材料的极化现象小,而且倍率性能也更好的钴基化合物载硫材料,甚至在摄40度条件下,相比当前已知的最高的功率密度提高近四倍。该研究成果日前发表在国际顶级能源材料期刊《焦耳》杂志上。


据悉,国家《能源技术革命创新行动计划(2016-2030年)》提出,要突破高安全性、低成本、长寿命的固态锂电池技术,以及能量密度达到300Wh/kg的锂硫电池技术、低温化钠硫储能电池技术。业内表示,锂硫电池具有元素储量丰富、成本低廉等优点,是很有发展前景的新一代电池。


锂硫电池研发获突破进展 商业化进程望加速


随着锂硫电池重要技术相继获得突破,以及新能源汽车推动,锂硫电池商业化进程有望加速,率先布局相关技术的公司有望抢占市场先机。


锂硫电池是锂离子电池中的一种,截止2013年尚处于科研阶段。锂硫电池是以硫元素作为电池正极的一种锂离子电池。比容量高达1675mAh/g,远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量(<150mAh/g)。并且硫是一种对环境友好的元素,对环境基本没有污染,是一种非常有前景的锂离子电池。


锂硫电池以硫为正极反应物质,以锂为负极。放电时负极反应为锂失去电子变为锂离子,正极反应为硫与锂离子及电子反应生成硫化物,正极和负极反应的电势差即为锂硫电池所提供的放电电压。在外加电压作用下,锂硫电池的正极和负极反应逆向进行,即为充电过程。根据单位质量的单质硫完全变为S2-所能提供的电量可得出硫的理论放电质量比容量为1675 mAh/g,同理可得出单质锂的理论放电质量比容量为3860 mAh/g。锂硫电池的理论放电电压为2.287V,当硫与锂完全反应生成硫化锂(Li2S)时。相应锂硫电池的理论放电质量比能量为2600 Wh/kg。


锂硫电池研发获突破进展 商业化进程望加速


硫电极的充电和放电反应较复杂,截止2013年对硫电极在充电和放电反应中产生的中间产物还没有明确的认识。锂负极与硫正极的充放电反应如式(1-1)至式(1-4)所示,硫电极的放电过程主要包括两个步骤,分别对应两个放电平台。式(1-2)对应S8的环状结构变为Sn2-(3≤n≤7)离子的链状结构,并与Li+结合生成Li2Sn,该反应在放电曲线上对应2.4—2.1V附近的放电平台。式(1-3)对应Sn2-离子的链状结构变为S2-和S22-并与Li+结合生成Li2S2和Li2S,该反应对应放电曲线中2.1—1.8V附近较长的放电平台,该平台是锂硫电池的主要放电区域。Yuan Lixia等人研究了锂硫电池中硫正极的电化学反应过程。他们认为放电时位于2.5—2.05V电位区间对应单质硫还原生成可溶的多硫化物及多硫化物的进一步还原,位于2.05—1.5V电位区间对应可溶的多硫化物还原生成硫化锂固态膜,它覆盖在导电碳基体表面。充电时,硫电极中Li2S和Li2S2被氧化S8和Sm2-(6≤m≤7),并不能完全氧化成S8,该充电反应在充电曲线中对应2.5—2.4V附近的充电平台。


本文摘自:电缆网

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