具有鋰離子電池容量五倍的電池以及低環(huán)境負(fù)荷的電池可能會(huì)導(dǎo)致電動(dòng)汽車的大幅降價(jià)并能大規(guī)模存儲(chǔ)電力?；阡嚭土颍↙i-S）的電池能夠在超過(guò)200個(gè)充放電循環(huán)中保持99％的效率；假如用于為智能手機(jī)供電，它將能夠保持運(yùn)行五天（圖1）。

新電池是由澳大利亞墨爾本莫納什大學(xué)機(jī)械工程和特種航天系的研究員MahdokhtShaibani和她的同事開(kāi)發(fā)的。

研究人員已經(jīng)為他們的制造工藝申請(qǐng)了專利(pCT/AU2019/051239)，原型電池已經(jīng)由包括弗勞恩霍夫材料和光束技術(shù)研究所在內(nèi)的德國(guó)合作伙伴成功制造?？茖W(xué)家們認(rèn)為，這一進(jìn)展可能會(huì)改變未來(lái)手機(jī)、汽車、電腦和太陽(yáng)能網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)方式。這項(xiàng)研究發(fā)表在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

研究小組包括Shaibani和她在莫納什大學(xué)的團(tuán)隊(duì);與來(lái)自CSIRO、列日大學(xué)、弗勞恩霍夫和BeamTechnology的同事們一起。

“Li-S電池的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)可能會(huì)給汽車市場(chǎng)帶來(lái)一場(chǎng)革命，”論文作者之一、莫納什大學(xué)(Monash)教授MainakMajumder說(shuō)。

圖1:MatthewHill副教授、MahdokhtShaibani博士和MainakMajumder教授[來(lái)源:莫納什大學(xué)]

當(dāng)談到電池，每個(gè)人都在尋找新的解決方法，供應(yīng)更長(zhǎng)的壽命和可持續(xù)性。研究人員一直致力于研究能夠充電更多、使用更久的電池。

到目前為止，鋰硫電池的弱點(diǎn)是由于硫電極的容量太大，以致于它打破了正常的電池充放電循環(huán)。硫電極在循環(huán)過(guò)程中膨脹收縮，電極體積變化約78%。

當(dāng)硫電極充電到所需的5至10mgcm-2時(shí)，由于鋰化/去硫化體積和由此出現(xiàn)的應(yīng)力的巨大變化，較高的能量性能迅速衰減。研究人員在化學(xué)層面上為硫粒子供應(yīng)了更大的空間，他們使用了更少的聚合材料來(lái)將硫粒子固定在電極上，從而在硫粒子之間創(chuàng)造了更多的空間結(jié)構(gòu)。使用與鋰離子電池相同的材料，研究人員重新配置了硫陰極的設(shè)計(jì)，使其能夠承受更高的應(yīng)力負(fù)荷，而不會(huì)降低整體容量或性能。

這種鋰硫電池可以極大地降低電池的成本，因?yàn)榱蚴且环N儲(chǔ)量豐富且極其經(jīng)濟(jì)的化學(xué)元素。然而，可能存在與鋰離子電池生產(chǎn)相關(guān)的倫理問(wèn)題。有關(guān)電遷移率的重要問(wèn)題與提取生產(chǎn)電池所需的原材料的過(guò)程有關(guān)。許多研究也集中于開(kāi)發(fā)對(duì)環(huán)境影響較小的較便宜的成分，例如硫。

據(jù)科學(xué)家預(yù)測(cè)，到2050年，道路上的電動(dòng)汽車數(shù)量將達(dá)到9.65億輛，電池的存儲(chǔ)能力將提高到12380千兆瓦時(shí)，而光伏系統(tǒng)的存儲(chǔ)能力將超過(guò)7100千兆瓦時(shí)。未來(lái)幾年，對(duì)金屬的需求將大幅上升。

電池是未來(lái)幾年歐洲能源供應(yīng)系統(tǒng)擺脫碳?xì)浠衔?包括運(yùn)輸和電力)的關(guān)鍵技術(shù)之一。硫磺更容易找到，也更便宜，尤其是因?yàn)樗彩鞘图庸さ膹U棄物。在不久的將來(lái)，我們將要新一代高性能、可靠、安全、可持續(xù)和廉價(jià)的電池。

儲(chǔ)能系統(tǒng)將在電力和熱力系統(tǒng)的完全脫碳過(guò)程中發(fā)揮越來(lái)越重要的用途。從化石燃料向可再生能源的過(guò)渡不能不包括發(fā)展先進(jìn)的能源儲(chǔ)存技術(shù)，例如儲(chǔ)存系統(tǒng)和電池。

與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，新的儲(chǔ)能技術(shù)使用了硫，硫是一種非常經(jīng)濟(jì)的材料，比傳統(tǒng)鋰離子具有更高的抗過(guò)載能力、更低的毒性和更輕的重量。

利用鋰離子電池的電化學(xué)反應(yīng)可以在各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域帶來(lái)令人興奮的新發(fā)展。其他研究人員發(fā)現(xiàn)，將硫碳儲(chǔ)能材料包裹在柔性薄石墨烯薄片中，可以加速電子和離子的運(yùn)輸，從而提高性能和導(dǎo)電性。通過(guò)將硫碳單元包裹在石墨烯片上，可以獲得更長(zhǎng)的電池壽命、更好的循環(huán)穩(wěn)定性和更高的效率。

本文編譯自powerelectronicsnews。