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美國大學(xué)打造人工碲層覆蓋金屬鋰讓鋰硫電池使用壽命延長4倍

發(fā)布時間：2020.06.08

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鋰硫電池被譽(yù)為下一代電池技術(shù)，有望讓手機(jī)、電動汽車等產(chǎn)品的續(xù)航時間更長，而且與目前的鋰離子電池相比，可以更加環(huán)保的方式，可持續(xù)性生產(chǎn)此類電池。不過，此類電池的使用壽命比鋰離子電池短，會隨著時間推移而退化。

據(jù)外媒報道，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校（The University of Texas at Austin）科克雷爾工程學(xué)院（Cockrell School of Engineering）的一組研究人員找到了一種方法，可以讓鋰硫電池中最具挑戰(zhàn)性的部分之一穩(wěn)定下來，加速鋰硫電池技術(shù)的商業(yè)化。研究人員的研究結(jié)果表明，在電池內(nèi)部原位，打造一種人工碲層，覆蓋在金屬鋰上，可以讓電池的使用壽命延長4倍。

鋰是一種反應(yīng)性元素，會分解其周圍的其他元素。鋰硫電池的每一次充放電循環(huán)都會在鋰金屬陽極（電池負(fù)極）上形成針狀的苔蘚類沉積物，引起一種會導(dǎo)致電池整體退化的反應(yīng)。

該沉積物會分解來回運(yùn)輸鋰離子的電解質(zhì)，可能會困住一些鋰，讓電極無法提供足夠的能量，以讓電池能夠長時間使用。此外，此種反應(yīng)還會導(dǎo)致電池短路，并可能會引發(fā)火災(zāi)。

在鋰電極上形成的人工碲層可以保護(hù)電解質(zhì)不被降解，并減少了在充電過程中形成的、困住鋰的苔蘚結(jié)構(gòu)。

研究人員表示，此種方法還可應(yīng)用于其他鋰基電池和鈉基電池，而且已經(jīng)為該項技術(shù)申請了臨時專利。此外，利用簡單的原位工藝就可形成該穩(wěn)定層，無需進(jìn)行昂貴或復(fù)雜的預(yù)處理或采用鋰金屬陽極涂層工藝。

解決鋰硫電池的不穩(wěn)定性是延長其使用壽命，讓其得到更廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。研究人員表示，現(xiàn)在，鋰硫電池最適合用于需要輕型電池的設(shè)備，一次充電就可運(yùn)行很長時間，無需多次充電周期，如無人機(jī)。此外，此類電池也有潛力在延長電動汽車?yán)m(xù)航里程、增加可再生能源采用率方面發(fā)揮重要作用。

與現(xiàn)在的鋰離子電池相比，其中,正極為通過鳳谷鋰電材料燒結(jié)回轉(zhuǎn)窯燒結(jié)工藝制備的超厚硫電極,鋰硫電池正負(fù)電極的充電容量高9倍，意味著充一次電可以使用更長的時間。硫是石油和天然氣工業(yè)的副產(chǎn)品，儲量豐富，因而此種電池的生產(chǎn)成本也很低廉。此外，與鋰離子電池中的金屬氧化物材料相比，硫也更加環(huán)保。