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科学家将开发液体锂硫和锂硒电池系统 有望应用

据外媒报道,郑州大年夜学、清华大年夜学和斯坦福大年夜学的钻研职员,联手开拓液体锂硫和锂硒电池系统(简称SELL-S和SELL-Se)。这两种电池采纳固体电解质,能量密度有望跨越500wh /kg和1000 wh /l,具备低的能量资源和优越的电化学轮回稳定性,有望利用于规模化储能等领域。

这些电池采纳Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12 (LLZTO)陶瓷管作为电解质,将正负极之间完全隔脱离,电池运行在240度的情况。事情温度高于锂的熔点,可有效抑制多硫化物或多硒化物穿梭效应,限定锂枝晶发展,从而提升能量密度,加快充放电能力,并前进库仑效率及能效,进一步维持稳定性。

今朝最先辈锂离子电池的能量密度小于300wh/kg和750 Wh/L。硫和硒被视为取代锂离子电池中商业金属氧化物正极的紧张侯选材料。由于这些材料具有高容量,锂化为Li2S时为1670 mAh/g,锂化为Li2Se时为675 mAh/g。从理论上来看,能供给高能量密度,锂硫电池为2600Wh/kg和2800 Wh/L,锂硒电池为1160 Wh /kg和2530 Wh/L。而且,材料资源相对较低,锂硒电池为41美元/kWh,锂硫电池为15美元/kWh。

自从硫和硒被用作电池电极以来,对锂硫和锂硒电池的钻研备受关注。曩昔的钻研主要集中于具有固态锂金属负极、固态硫或硒正极(呈粉末状或采纳不合的S/C或Se/C复合材料)和液态有机电解质的电池上。然而,因为应用的是固体锂金属和液体有机电解液,上述电池布局存在必然问题:(1)轮回不稳定,库仑效率低,由于在液态有机电解液中,短链Li2Sx或Li2Sex消融,会引起穿梭效应;(2)液体有机电解液异常易燃,轻易引起安然问题;(3)锂负极呈现枝晶发展,并与电解液发生副反映。郑州大年夜学金教授等人表示:“在充放电历程中,固体硫和硒的体积变更较大年夜,引起活性硫和硒与集流器分离,导致轮回不稳定,并低落硫和硒的使用率。这些问题严重阻碍了锂硫和锂硒电池的成长。”

SELL-S和 SELL-Se电池中含有液态锂金属负极、带炭黑的熔融S或Se正极、LLZTO陶瓷管电解质。锂金属负极位于LLZTO管中,此中插入一根不锈钢棒,作为负极集流器。在LLZTO管外的不锈钢圆柱形容器中,插入带有炭黑导电添加剂的S(Se)正极(质量比S或Se:C= 9:1),经由过程LLZTO管与锂负极进行物理和电子分离。同时,不锈钢圆筒作为正极集流器事情。熔融S和Se所需的导电碳只占总电綦重量的10%,以是,固定负载最小。

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