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新型海綿材料幫助解決鋰硫電池不穩(wěn)定問題：手機(jī)超長(zhǎng)待機(jī)或不再是夢(mèng)

2021-08-10 09:29:54來源：cnBeta 關(guān)鍵詞：新型海綿材料新型復(fù)合材料閱讀量：23115

導(dǎo)讀：跟為現(xiàn)代社會(huì)提供大量能源的鋰離子電池相比，鋰硫電池更輕，每重量提供的能量高達(dá)5倍，尤其適合用于電動(dòng)汽車。

　　據(jù)外媒報(bào)道，雖然鋰硫電池的能量密度可以讓智能手機(jī)續(xù)航5天或讓電動(dòng)飛機(jī)飛行距離達(dá)到目前的兩倍，但其固有的不穩(wěn)定性是其廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵障礙。對(duì)此，日本科學(xué)家提出了一個(gè)很有前途的解決方案--集成一種新型海綿材料從而使鋰硫電池原型能安全地承受數(shù)百次循環(huán)。

　　跟為現(xiàn)代社會(huì)提供大量能源的鋰離子電池相比，鋰硫電池更輕，每重量提供的能量高達(dá)5倍，尤其適合用于電動(dòng)汽車。對(duì)于這些應(yīng)用來說，能量密度是一個(gè)關(guān)鍵問題，因?yàn)殡妱?dòng)汽車、卡車尤其是飛機(jī)的續(xù)航里程都受到它們所用的非常重的電池組所能容納能量的限制。

　　這項(xiàng)新研究的論文第一作者Hui Zhang博士指出：“鋰硫電池比市面上現(xiàn)有的鋰離子電池能儲(chǔ)存更多的能量。用數(shù)字來說，一輛使用鋰離子電池的電動(dòng)汽車在需要充電前可平均行駛300公里。而得益于鋰硫電池能夠提供的更好的能量存儲(chǔ)，它應(yīng)該有可能增加到500公里。”

　　雖然下一代鋰硫電池的潛力是顯而易見的，但研究其穩(wěn)定性的科學(xué)家們一直在努力解決問題，因?yàn)榉€(wěn)定性可能會(huì)導(dǎo)致關(guān)鍵部件迅速惡化、設(shè)備迅速失效。這項(xiàng)新研究是由沖繩科學(xué)技術(shù)研究生院的材料科學(xué)家展開，他們的目標(biāo)是聚硫化物--會(huì)顯著降低電池壽命--的形成。

　　在電池內(nèi)部，鋰和硫之間的化學(xué)反應(yīng)首先會(huì)產(chǎn)生鋰多硫化物，然后往往會(huì)迅速溶解成會(huì)帶來麻煩的多硫化物。在一個(gè)完美的鋰-硫電池中，多硫化物鋰需要盡快轉(zhuǎn)化為硫化鋰或過硫化鋰，而該團(tuán)隊(duì)表示，他們已經(jīng)開發(fā)出了一種可以加快進(jìn)程的東西。

　　據(jù)了解，科學(xué)家們使用碳納米管創(chuàng)造了一個(gè)納米級(jí)多孔海綿并在其表面涂上氮化鈦和二氧化鈦，這提供了一些有用的特性。氮化鈦有助于加速多硫化物鋰向成品的轉(zhuǎn)化，而二氧化鈦則吸收在此過程中產(chǎn)生的任何多余的多硫化物。

　　這項(xiàng)研究的論文第二作者Luis Ono博士表示：“通過利用這兩種材料，我們開發(fā)了一種成本低且易于應(yīng)用的混合材料。我們發(fā)現(xiàn)，它在改善電池性能方面有著出色的能力。”

　　跟不使用混合海綿材料的電池相比，該電池表現(xiàn)出了更好的性能且充電時(shí)間更短、充電間隔時(shí)間更長(zhǎng)--這一切要得益于其高比容量，而更重要的是，更長(zhǎng)的整體壽命--它能承受200次的循環(huán)且不會(huì)發(fā)生效率損失。

　　“我們將繼續(xù)進(jìn)一步優(yōu)化材料以提高性能，”該研究的資深作者Yabing Qi說道，“有許多聰明的頭腦在研究鋰硫電池，這是一項(xiàng)非常有前途和令人興奮的技術(shù)。”

　　(原標(biāo)題：新型海綿材料幫助解決鋰硫電池不穩(wěn)定問題：手機(jī)超長(zhǎng)待機(jī)或不再是夢(mèng))

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