科學家合作提高鋰硫電池密度 重量輕電量高

| Siu Yeung | 29-03-2019 15:54 | |

處於研發階段的鋰硫電池,其密度可比鋰電池高 3-5 倍。近期美國與中國科學家合作,為鋰硫電池研發全新陰極,重量能量密度及體積能量密度,分別達到每公斤 360Wh 與每公升 581Wh,意味將來的電池有可能更輕同時續航力更高。

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鋰硫電池陰極主要成分為硫,而添入硫的方法則有嵌入法(intercalation)與轉換法(conversion),前者多採用鋰鈷氧化物等化合物來提高體積能量密度,電極可以在結構與尺寸不變的情形下,將鋰原子與晶體結構相結合;而轉換法則是使用可改變結構的硫,甚至可溶解在電解質中。簡單來說,就是魚與熊掌不可兼得,電池要麼小又重,要麼輕而大。

不過最近由麻省理工學院、三星高等技術學院、同濟大學、中國科學院和松山湖材料實驗室的團隊研發出新方法,把純粹的硫和謝夫爾相(Chevrel phase)硫化鉬顆粒結合並壓縮,打造全新混合陰極,且該製程也同時改善硫導電性不高的問題,這讓電極可以用較少的碳塗層來提高導電性,碳比例可從原先的 20-30% 降至約 10%。

目前該團隊也已開發出容量達 1,000 mAh 的三層袋狀電池,重量能量密度與體積能量密度已分別達到每公斤 360Wh 與每公升 581Wh,而當今鋰離子電池能量密度約為每公斤 265Wh 與每公升 700Wh,鋰硫電池則兩種都是 400Wh。團隊展望未能能透過最佳化實驗與設計,將能量密度提高到每公斤 400Wh 與每公升 700Wh,意思就是電池可既輕電量又高。

不過這種新電池也有缺點,就是壽命不長。麻省理工材料科學工程師 Ju Li 表示,新電池壽命不高的原因並非因為陰極設計導致,是整體電池設計造成的,未來也會進續改良以解決相關問題。

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Source:mit

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