人们不断进行研究和实验,以寻找可持续、安全、稳定的新型电池。在一次尝试中,研究人员发现了稳定、安全的锂硫化物电池,它可以折叠,甚至可以切成两半。

中国电子科技大学的一个研究团队成功研制出基于过渡金属硫化物的锂电池。研究人员在硫化铁正极表面包覆聚合物,实现了稳定的循环性能和较高的安全性。经过300次循环后,这种碳化锂二硫化铁软包电池仍保持了约72.0%的容量。此外,这种锂硫(Li-S)电池在100次循环后未出现容量衰减

令人惊讶的是,科学家们竟然能够折叠并切断其中一个电池袋。研究人员表示,这证明该电池在实际应用中具有很高的安全性。

安全稳定、可切割可折叠的锂硫电池
图片来源:ACS Publications

优势:转化型过渡金属硫化物(MSc)具有易于获取、能量密度高、成本低等优点。这些特性使其成为极具潜力的锂离子电池(LIBs)正极材料。

挑战: MSx在高温下由于多硫化物闭塞而存在稳定性问题。此外,它还面临体积膨胀显著和反应动力学缓慢的问题。

解决方案:该小组此前提出使用碳酸盐基电解质来分离两个电极,即硫化铁阴极和含锂金属阳极。

然而,这个解决方案导致了另一个问题。

问题:研究人员指出,MSx与碳酸酯基电解液的不相容性是此类电池化学面临的主要挑战。多硫化物会与碳酸酯溶剂反应,在电极表面形成沉淀。这会导致电荷转移受阻,造成电极堵塞和电池失效。

解决方案:在硫化铁正极表面涂覆不同的聚合物。这在不影响或降低其功能和可充电性的前提下,有效减少了腐蚀。具体而言,选用聚丙烯酸(PAA)、聚环氧乙烷(PEO)和聚丙烯酰胺(PAM),因为它们都含有具有螯合作用的官能团。

在另一项研究中,研究人员发现了一种利用全干合成法和岩盐氧化物生产环保电池的方法。

稳定安全的锂硫化电池
图片来源:ACS Publications

报告提到,“螯合效应是基于氧或氮上的孤对电子与多价过渡金属的空轨道之间的配位作用。

电化学性能测试表明,PAA 在 300 次充放电循环后仍能保持电极的放电容量,表现最佳。

此后,他们在稳定安全的锂硫化物电池原型设计中加入了 PAA 涂层的硫化铁 (FeS2) 阴极。该设计还具有锂金属箔作为离子源和碳化锂 (LiC6) 阳极。此外,测试还表明,经过 100 次循环,甚至在电池折叠或切割时,容量都没有下降。

研究人员还表示,“LiC6||MoS6全电池在300次循环中表现出优异的循环稳定性,具有与半电池(Li||MoS6)相同的高容量,同样的情况也出现在LiC6||VS4中。”他们表示。

来源螯合型粘合剂在实现稳定循环和高安全性过渡金属硫化物基锂电池中的应用

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艾略特是一位充满热情的环保主义者和博主,他一生致力于传播环保、绿色能源和可再生能源的意识。凭借环境科学背景,他对地球面临的问题有着深刻的理解,并致力于教育他人如何做出改变。

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