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利用石墨烯可延长锂硫电池寿命

文章来源:中国科学报 作者:【未知】 点击:次 时间:2017/3/27 11:09:14

科研人员已经研发出一种新成分,可以治愈锂硫电池的“阿喀琉斯之踵”。

与传统锂离子电池相比,锂硫电池有着重要的优势:材料价格更低廉、质量更轻。质量相等的锂硫电池,能量却相当于锂离子电池的两倍,这一能量密度在便携电子设备和电动车领域非常关键。

提高能量密度在交通运输和能源制造领域对降低能源储存成本、减少温室气体排放均非常重要。然而,经过几次充放循环之后,锂硫电池就会逐渐不稳定,两个电极会发生故障,这一问题使其很难登上能量储存的“王座”。尤其是锂离子会与硫发生化学反应,形成迁移和减少电池储存能力的化合物。

“当这发生时,它们在表面形成阻碍,阻止锂与阴极接触。”美国耶鲁大学化学教授Victor Batista说。

在3月20日发表于美国《国家科学院院刊》的文章中,Batista和合作者展示了一种复合薄膜,可以让锂硫电池寿命显著增加。

研究人员首先模拟了哪种材料和结构能够让锂硫电池寿命更长,并计算了阴极中的分子如何与不同材料发生反应。该团队随后利用石墨烯(单原子密度的碳结构)和一种有机聚合物(拥有像树枝一样的结构)制成了薄膜。结果表明,该薄膜平均厚度为90纳米。

该薄膜可让锂硫混合物处于一个地方,并组织它们流向电解质,使电池性能下降。通过这一机制,科学家表明它们能够在不让锂—硫电池性能打折扣的情况下,延长其循环使用的寿命。“最妙的地方是用这些材料,我们能够用极少量的薄膜制作出具有稳定性的电池。”Batista说。

该论文共同作者、耶鲁大学能源科学研究所博士后Jianbing Jiang强调,这种混合薄膜是由商业上可获得的基本材料做成的,这使其价格低廉,易于大规模使用。


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