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從鉬和硫開發(fā)新的混合陰極可以增加未來鋰離子電池的重量和體積能量密度

2019-04-07 09:10:08 編輯: 來源:
導(dǎo)讀 從鉬和硫開發(fā)新的混合陰極可以增加未來鋰離子電池的重量和體積能量密度。電期間存儲鋰離子的正電極。陽極是負(fù)電極,其中鋰離子在充電循環(huán)期

從鉬和硫開發(fā)新的“混合”陰極可以增加未來鋰離子電池的重量和體積能量密度。電期間存儲鋰離子的正電極。陽極是負(fù)電極,其中鋰離子在充電循環(huán)期間被儲存。第三組分是電解質(zhì),其允許鋰離子在兩個電極之間自由移動。在商用鋰離子電池單元中,陽極通常由碳石墨層制成,其可以在稱為嵌入的過程中保持鋰離子。電解質(zhì)通常是有機液體材料,陰極由過渡金屬氧化物制成。

鋰離子電池的所有三個組件都經(jīng)過深入研究,以尋找不僅增加每磅能量輸出(重量能量密度),而且增加每升能量(體積能量密度)的方法。這兩個目標(biāo)通常很難同時實現(xiàn)。ADM多倫多的設(shè)計與制造提供了一個獨一無二的機會,可以將供應(yīng)商與尋求最新創(chuàng)新,產(chǎn)品和解決方案的買家聯(lián)系起來。使用安大略省蓬勃發(fā)展的制造業(yè)的銷售線索填補您的銷售渠道。設(shè)計與制造展,2019年6月6日至6日,多倫多會議中心。

麻省理工學(xué)院最近發(fā)布的新聞稿描述了麻省理工學(xué)院和中國的研究人員為開發(fā)新版陰極而開展的工作。在發(fā)布中,該團(tuán)隊將他們的概念描述為“混合”陰極。這是因為它結(jié)合了兩種不同方法的方面來增加重量能量密度和體積能量密度。新的陰極結(jié)合了一種稱為Chevrel相的硫化鉬和純硫,結(jié)果表明,重量和體積能量密度都可以實現(xiàn)。

在典型的鋰離子電池中,陰極由過渡金屬氧化物制成,例如鋰鈷氧化物,并且已知為插層型。根據(jù)麻省理工學(xué)院的新聞稿,插層陰極可以“......提供高體積能量密度 - 由于它們的高密度,每體積包裝很多。這些陰極可以保持其結(jié)構(gòu)和尺寸,同時將鋰原子結(jié)合到它們的晶體結(jié)構(gòu)中。“

還有另一種類型的陰極,稱為轉(zhuǎn)化型,使用硫在結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)化,甚至可以暫時溶解在電解質(zhì)中。“從理論上講,這些[電池]具有非常好的重量能量密度,”麻省理工學(xué)院核科學(xué)與工程教授,材料科學(xué)與工程學(xué)教授朱莉說。“但體積密度很低,”部分是因為它們往往需要大量額外的材料,包括過量的電解質(zhì)和碳,用于提供導(dǎo)電性,“他在新聞稿中補充道。

在他們的新混合系統(tǒng)中,研究人員已設(shè)法將這兩種方法結(jié)合到一個新的陰極中,這似乎可以改善兩種能量密度。他們使用硫化鉬和純硫的顆粒并壓縮它們以制造固體陰極。“它就像底漆和TNT一樣是爆炸性的,一種速效的,一種是每重量能量更高的一種,”李說。

組合材料的導(dǎo)電性也相對較高,這減少了對通常提供導(dǎo)電性所需的碳的需求。Li表示,典型的硫陰極由20%至30%的碳組成,但新版本僅需要10%的碳。

新的混合陰極提供令人鼓舞的結(jié)果。據(jù)新聞報道,“今天的商用鋰離子電池的能量密度約為每千克250瓦特小時和每升700瓦特小時,而鋰硫電池最高可達(dá)每千克400瓦特小時,但僅限于每升400瓦時。Li說,新版本的初始版本尚未通過優(yōu)化過程,已經(jīng)達(dá)到每公斤超過360瓦時和每升581瓦時。在這些能量密度的組合方面,它可以擊敗鋰離子電池和鋰硫電池。“

隨著進(jìn)一步的工作,李說,“我們認(rèn)為我們可以達(dá)到每公斤400瓦時和每升700瓦時,”后者的數(shù)字與鋰離子相當(dāng)。結(jié)果看起來很有希望的一個原因是研究的方式。該團(tuán)隊不再測試容量僅為幾毫安時的小型紐扣電池,而是生產(chǎn)出容量超過1,000毫安時的三層袋式電池。通過構(gòu)建與某些商用電池(如電動汽車中使用的電池)相當(dāng)?shù)臏y試電池,他們能夠更好地評估新型混合陰極的性能。進(jìn)一步的工作將包括改善電池在失去太多電力之前可以經(jīng)歷的充電 - 放電循環(huán)次數(shù)。李說,“......不是陰極的問題”;它與整體電池設(shè)計有關(guān),

高級編輯凱文克萊門斯30多年來一直在撰寫有關(guān)能源,汽車和交通主題的文章。他擁有材料工程和環(huán)境教育碩士學(xué)位以及機械工程博士學(xué)位,專攻空氣動力學(xué)。他在他的工作室里建立了幾個關(guān)于電動摩托車的世界陸地速度記錄。


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