硫电池取得重大进展:续航大幅度提高,具有价格低廉、环境友好等特点
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锂硫电池是锂电池的一种,截止2013年尚处于科研阶段。锂硫电池是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池。单质硫在地球中储量丰富,具有价格低廉、环境友好等特点。利用硫作为正极材料的锂硫电池,其材料理论比容量和电池理论比能量较高,分别达到 1675m Ah/g 和 2600Wh/kg [1] ,远远高于商业上广泛应用的钴酸锂电池的容量(<150mAh/g)。并且硫是一种对环境友好的元素,对环境基本没有污染,是一种非常有前景的锂电池。
根据最新的消息称,澳洲阿德莱德大学研究人员在电池技术方面有了新的突破,采用了硫电池技术而且试验取得了一定的进展,而在不久的将来,手机,笔记本,电动车等数码科技产品的电池寿命,充电次数,续航水平将会大幅度的提高。他表示,金属硫电池具有低成本和高能量密度的特点,是下一代储能设备的主要选项之一。然而,该类电池的循环耐久性普遍较差,可以充电的次数有研究人员设计出来了一种高性能的电极材料,用来催化电池反应并有效提高金属硫的耐久性。
硫电池在重量上可能比当前一代锂离子电池存储至少两倍的能量,钠硫电池比锂离子电子要便宜几倍,可以为电动车,笔记本电脑,手机,相机等电子数码产品提供电源,而且环保性更好。他们所设计的新型硫金属电池充放电次数可达10000次。网友评论,太极zydn:虽然目前的技术水平下,钠硫电池能量密度只能达到150-240瓦时/千克,但理论上钠硫电池能量密度最高可达760瓦时/千克。这容量也叫电池。
该电池在重量上可能比当前一代锂离子电池存储至少两倍的能量。钠硫电池比锂离子电池便宜几倍,是为电动汽车和手机、笔记本电脑等电子产品供电的主流电源。钠硫使用的材料通常具有环保性。
“我们的基础研究进展将激发高性能金属硫电池的合理设计,并有利于大规模储能技术的发展,”乔教授说,“这些发现有望在5到10年内使金属硫电池成为储能行业在技术和经济上都可行的方法。”
作为纯电动汽车三大核心部件之一的动力电池,从开始运用至今,一直充满着技术线路的争执,从钛酸锂电池,到磷酸铁锂电池、三元锂电池,各有优劣,但不可否认的是每一种类型电池的出现,不仅是对技术的追求,更是背后产业链的博弈。
在宁德时代、LG化学、国轩高科等电池制造大户们兵戎相见时,另一条技术线路的电池正悄然跨步发展,或者可以这样说,一旦商业化颠覆现有电池产业格局或许只是一夜间的事。
张久俊,加拿大皇家科学院院士、加拿大工程院院士、加拿大工程研究院院士,上海大学可持续能源研究院院长,国际电化学能源科学院创始人,2020年入选南京市顶尖专家,在浦口区创立了南京骊电新能源科技,从事锂硫电池的研究与运用开发。
纯电动汽车的续航能力跟动力电池的能量密度相关,从目前新能源汽车推广使用过程中发现,里程焦虑的情况依旧没有得到根本改变。也正因此,无论是此前工信部《汽车产业中长期发展规划》还是新能源汽车补贴中的硬性要求,都对动力电池的能量密度提出了相应要求。而现实是,商业化中能量密度最高的三元锂电池,其能量密度在300Wh/kg,已经达到了极限,很难再有提升空间。
张久俊向记者表示,要想让纯电动汽车在常规路况下能有长续航能力,行业中普遍认为动力电池的能量密度得达到500Wh/kg,而这个数值理论上能实现1000公里。对于这个技术指标,目前锂硫电池和锂空电池在理论上可以达到,其中,锂空电池能量密度更高,理论上能达到3000Wh/kg,但受制于技术水平限制,目前只能在200Wh/kg以下,此外,锂空电池的循环寿命也不够,目前还无法达到商业运用。
金属硫电池是一种以硫为正极、以金属为负极的电池。而钠硫电池(NaS)是金属硫电池的一种,具有体积小、容量大、寿命长、效率高等特点。虽然目前的技术水平下,钠硫电池能量密度只能达到150-240瓦时/千克,但理论上钠硫电池能量密度最高可达760瓦时/千克。
根据新思界产业研究中心发布的《2021-2025年金属硫电池行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示,由于金属硫电池正极材料硫的理论比容量高,负极材料需要采用同样高容量的金属,主要有锂、钠、铝、镁等,电解液一般采用可良好溶解中间反应产物的醚类。
目前,学界对金属硫化物电沉积和动力学机理的基本认识有限。硫阴极中的金属硫化物电沉积缓解了多硫化物的穿梭效应,从而在二次金属硫电池中实现高库仑效率。基于此,乔世璋教授研究团队使用室温钠硫电池作为模型系统,提出了一种Mo5N6阴极材料,可以显著催化硫化钠(Na2S)电沉积,并提高钠硫电池的性能。