韓國電氣研究所下一代電池研究中心的科學(xué)家，成功攻克鋰硫電池在能量密度和循環(huán)壽命方面的關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，研制出一款具有高能量密度和長循環(huán)壽命的大面積鋰硫電池原型。研究論文發(fā)表于《先進(jìn)科學(xué)》雜志。
鋰硫電池以硫?yàn)檎龢O，金屬鋰為負(fù)極，理論能量密度是鋰離子電池的8倍多，極具應(yīng)用潛力。此外，鋰硫電池使用儲(chǔ)量豐富的硫元素而非昂貴的稀土元素，不僅成本低廉，而且環(huán)保。輕便耐用的鋰硫電池被視為是交通領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。
然而，鋰硫電池在充放電過程中會(huì)產(chǎn)生多硫化鋰這一中間物質(zhì)。多硫化鋰會(huì)在電池的正負(fù)極之間穿梭，引發(fā)不必要的化學(xué)反應(yīng)，從而降低電池的壽命和性能。這一直是鋰硫電池商業(yè)化道路上的絆腳石。
為攻克這一難題，研究團(tuán)隊(duì)讓單壁碳納米管(SWCNT)與氧官能團(tuán)“強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手”。SWCNT是一種強(qiáng)度超過鋼、電導(dǎo)率與銅相當(dāng)?shù)男虏牧希豕倌軋F(tuán)則增強(qiáng)了SWCNT在電池內(nèi)的分散性。SWCNT和氧官能團(tuán)的結(jié)合穩(wěn)定了電極，有效控制了多硫化鋰的溶解和擴(kuò)散，顯著減少了活性材料硫的損失。同時(shí)，SWCNT的高柔韌性和氧官能團(tuán)的親水性使得電極在制造過程中能形成均勻且光滑的表面，有助設(shè)計(jì)并制造出大面積且高容量的電池。
研究團(tuán)隊(duì)制造出尺寸為50毫米×60毫米的柔性厚電極，并組裝成1000毫安時(shí)袋式鋰硫電池原型。測試結(jié)果顯示，該原型性能優(yōu)異，即使經(jīng)過100次充放電循環(huán)，仍能保持85%以上的容量。
最新技術(shù)不僅解決了鋰硫電池的技術(shù)難題，還實(shí)現(xiàn)了大面積、高容量柔性電極的設(shè)計(jì)和原型開發(fā)，為下一代鋰硫電池的商業(yè)化應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。(科技日報(bào)記者劉霞)
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