鉅大LARGE | 點擊量:1012次 | 2019年06月20日
什么是硅硫燃料電池?它能提升鋰電池性能嗎?
據外媒報道,加州大學河濱分校(UniversityofCalifornia,Riverside,URC)伯恩斯工程學院(BournsCollegeofEngineering)的研究人員研發(fā)了新技術,利用硫電極及硅電極制造了高性能的鋰離子電池。
該款硅硫燃料電池(SSFC)架構逐步將受控純鋰離子整合到電池系統(tǒng)中,在C/10條件下,充放電250次后,其能量密度仍高達350Wh/kg。
硫是一款非常具有吸引力的陰極材料,理論容量(theoreticalcapacity)為1675mAh/g。然而,由于硫存在體積膨脹(volumetricexpansion)、導電性不良等先天性缺陷,硫電極的應用發(fā)展較為遲緩。幸運的是,URC的研發(fā)人員發(fā)現了多種新方法緩解上述問題。這類產品方案的性能極具前景,但會導致硫周邊發(fā)熱。
目前的陽極材料通常選擇硅,其理論容量高達4200mAh/g,而硅則面臨兩大挑戰(zhàn),導電性不良及體積膨脹。為此,研究人員采用了納米硅結構、導電劑(conductiveadditives)及粘合劑(binders)等方法,最終解決了上述問題,為燃料電池制備了硫陰極及硅陽極。
目前,研究人員利用硫化鋰(lithiumsulfide)或硅化鋰等預鋰化(pre-lithiated)材料,使燃料電池的能量密度高達600?Wh/kg。然而,這類燃料電池的充放電次數通常很短,一般不足50次,且該類材料還需要采用專用設備,在加工時也存在諸多限制條件。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
為創(chuàng)建新架構的SSFC,該團隊在傳統(tǒng)燃料電池架構的技術上新增了一片鋰箔(lithiumfoil),使鋰箔能與集電器(currentcollector)發(fā)生接觸,在充放電時將鋰箔整合到燃料電池體系中,從而控制鋰離子的嵌入量。
在半電池(halfcells)中,將采用純鋰作為陽極材料,這將引起用戶對枝狀晶體生長(樹突形成,dendriteformation)及鋰腐蝕等安全性問題的擔憂。在全電池(full-cell)模式下,可用硅來制作陽極,可緩解因純鋰陽極所引發(fā)的安全問題,同時確保燃料電池獲得所需的高電量。