锂硫电池

近日，中国科学院大连化学物理研究所储能技术研究部张华民研究员、李先锋研究员、张洪章副研究员团队提出一种含大体积阳离子的锂硫电池电解液，并证实其能够有效提高多硫化物稳定性，延长锂硫电池的循环寿命。该相关研究成果发表在Advanced Functional Materials (DOI:10.1002/adfm.201704987) 上。

锂硫电池具有能量密度高、成本低、环境友好的优势，是国际储能领域的研究热点之一。然而，由于锂硫电池存在多硫化锂飞梭、多硫化锂歧化、电解液分解、金属锂枝晶粉化等问题，导致其循环寿命短，尚未满足大规模产业化发展的要求。该研究团队针对多硫化锂歧化的问题，基于“软硬酸碱理论”，通过在电解液引入大体积阳离子来络合多硫根离子，有效提高了多硫化锂在电解液中的稳定性。采用该电解液组装的5000 mAh锂硫电池器件的比能量可达300 Wh/kg，且稳定循环100次以上，容量保持率约70%。该工作为提高锂硫电池的循环寿命提供了新思路和新策略。

上述研究工作得到国家自然科学基金委、教育部能源材料化学协同创新中心（iChEM）、中科院青年创新促进会等项目的资助。

（来源：中国科学院大连化学物理研究所）

【Technews科技新报】废弃塑料一直以来都是困扰人们的世界性难题，而美国普度大学（Purdue University）工程师想出一个可以解决废弃塑料，同时提升锂硫电池寿命方法。

锂硫电池理论能量密度为锂离子电池 3 到 5 倍之多，高达 2,600Whkg，为电动车与笔记本电脑电池重要条件，因此被称为锂离子电池下一代技术，只不过该电池充电循环仅有短短 100 次。

普度大学团队找出一个一箭双雕的方法，可同时解决塑料回收与电池寿命问题，根据其在《ACS Applied Materials and Interfaces》研究，首先将诸如透明塑料袋等无墨塑料浸泡在含硫溶液中，再将其微波并制成电池中的碳支架，可将锂硫电池充电循环提升到 200 次。

（Source：普度大学）

普度大学化学工程助理教授 Vilas Pol 表示，不管回收多少次，塑料一直都会存在世界上，团队只是想出一个办法提升塑料价值。

低密度聚乙烯常用于塑料与包装，为塑料污染主要元凶，但它在实验中竟摇身一变成解决锂硫电池长期问题关键。该障碍被称为多硫化物穿梭效应（polysulfide shuttling effect），会导致电池充电容量与寿命下降。

锂硫电池顾名思义就是利用锂与硫构成，当电流通过时，锂离子会迁移到硫并发生化学反应，进而产生硫化锂（lithium sulfide），然而该反应副产物多硫化物容易回到锂电极，并阻碍锂离子移动，这将会降低电池的充电容量以及寿命。

普度大学化学工程研究员 Patrick Kim 指出，阻断多硫化物最简单方法便是在锂和硫之间打造物理屏障。

以往研究也有想过要用此办法解决问题，像是香蕉皮和开心果壳等生质能，利用生物质衍生碳中的孔隙捕获多硫化物。Pol 表示，每种材料各有益处，但生物质易于保存、更适合用在其他地方，而废弃塑料就真正只是无用又沉重的材料。

因此研究员想将塑料纳入电池的碳支架，且过去研究也指出，低密度聚乙烯塑料与磺化基团（sulfonated group）结合后也会产生碳。

研究员借由将塑料袋浸入含硫溶剂中，并将其放入微波炉中，以便宜有效的方式将温度升高并将塑料转化成低密度聚乙烯，且热能还可以促进塑料磺化和碳化，让孔隙更密集，捕获更多多硫化物，最终制成碳支架将锂与硫分开。

Kim 表示，用这个方法制作出来的塑料衍生碳与磺化基团会带有负电荷，而这也是多硫化物具有的特性，因此将磺化低密度聚乙烯制成碳支架，利用相似化学特性来阻挡多硫化物。Pol 则指出，这是提高锂硫电池容量的第一步，下一步就是利用此概念制造更大的电池。

（本文由 EnergyTrend 授权转载；首图来源：pixabay）

据造价通信息网了解，日前，中科院大连化物所陈剑研究员带领先进二次电池研究团队，在高比能量锂二次电池方面取得重要进展，成功研制出额定容量15Ah的锂硫电池，并形成了小批量制备能力。

据介绍，锂硫电池是一种可持续发展的高比能量二次电池，具有元素储量丰富、成本低廉等优点，是电动汽车动力电池的研究热点。目前，锂硫电池的国际技术水平约为比能量350Wh/kg。为此，锂硫电池的研发目标为，至2016年，锂硫电池的能量密度达到400—600Wh/kg，有望推动这一电池驱动的电动汽车续航里程超过500公里。

有业内专家表示，单质硫作为锂硫二次电池正极材料与金属锂构成的二次电池体系理论比能量密度可达2600Wh/kg，是商业钴酸锂/石墨锂离子电池理论能量密度360Wh/kg的7倍；同时单质硫价格低廉、产量丰富、安全无毒、环境友好，因而锂硫电池被认为是很有发展前景的新一代电池。

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