在日常人类生活中,电池到处都扮演了重要的角色,从手机和智能手表越来越多的电动车。大多数的这类设备利用著名的锂离子电池技术。
图像显示微观结构和元素映射(硅、氧和硫)的多孔含硫层间后500年锂硫电池的充放电循环。图片来源:由Guiliang徐/阿贡国家实验室。
先进锂离子电池有明显但有一些熟悉的缺点,包括过热、短寿命,和几个原材料供应链困难。亚博网站下载
在美国能源部(DOE)阿贡国家实验室,研究人员正在研究解决这些问题通过测试新材料在电池结构。亚博网站下载一个这样的材料是硫。硫是更加丰富,可以容纳更多的能量比传统ion-based电池。
在一项新的研究中,科学家先进含硫电池研究通过一层电池内增加硫电池储能能力,同时克服以前的问题,导致腐蚀。
一个充满希望的电池设计情侣含硫正极(阴极)和金属锂负极(阳极)。在中间,这些组件现在之间的物质让离子通过电解液或电池的两端。
早期的锂硫电池(Li-S)没有执行好自硫物种(聚硫)溶解到电解液,导致其腐蚀。这多硫化穿梭效应对电池寿命产生负面影响,减少电池可以充电的次数。
为了避免这种聚硫穿梭,科学家们在过去已经尝试定位redox-inactive阴极和阳极之间的夹层。“redox-inactive”一词意味着材料经验反应不像一个电极。
然而,这防护层间是密集和沉重,从而减少储能能力每单位重量的电池。还有,它没有充分减少穿梭。这已经证明是一个障碍Li-S电池的商业化。
为了解决这个问题,科学家们设计并测试了多孔sulfur-consisting夹层。在实验室测试执行显示初始容量高出三倍左右Li-S细胞活跃,不活跃,夹层。在一个高度令人印象深刻的方式,活跃的细胞组成夹层保留高容量超过700的充放电循环。
先前的实验细胞有redox-inactive层只抑制穿梭,但在这一过程中,他们牺牲了对于一个给定的能量细胞重量因为图层添加额外的重量。相比之下,我们的redox-active层增加了能量存储能力和抑制航天飞机的效果。
Guiliang徐、研究的合著者和化学家,阿贡国家实验室
redox-active层,另外研究团队进行实验在17-BM beamline阿贡的先进光子源(APS),美国能源部科学办公室的用户设备。亚博老虎机网登录收集的数据来自公开与这一层细胞,x射线使团队确定夹层的优点。
数据验证redox-active夹层可以减少穿梭,减少有害反应发生在电池内,并提高电池的容量持有更多的电荷和持续周期。
这些结果说明redox-active夹层可以Li-S电池发展产生巨大的影响。我们更近一步看到这项技术在我们的日常生活。
Wenqian徐,Beamline科学家,先进的光子源,阿贡国家实验室
在未来,研究小组希望评估redox-active夹层技术的增长潜力。
我们想让它更薄,更轻。
Guiliang徐、研究的合著者和化学家,阿贡国家实验室
导致了研究的作者是哈利勒胺,天翼李、刘,Guiliang徐,徐Wenqian,陈赵,肖兵左。
这项研究是由美国能源部的能源效率和可再生能源办公室,车辆技术办公室电池材料研究项目,和韩国国家研究基金会。亚博网站下载
期刊引用
李,B-J等。(2022)通过redox-active夹层高能无水的锂硫电池的发展策略。自然通讯。doi.org/10.1038/s41467 - 022 - 31943 - 8。
来源:https://www.anl.gov/