新的rGO海綿可以為高效的鋰硫電池打開大門

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瑞典查爾姆斯理工大學的研究人員最近開發了一種有希望的鋰硫電池突破,使用陰極電解質和石墨烯海綿。這種電池的理論能量密度可以是鋰離子電池的五倍以上。

查爾姆斯大學設計了rGO增強型鋰硫電池圖像鋰硫電池的結構

研究人員的方法依賴于減少的氧化石墨烯制成的多孔海綿狀氣凝膠,其作為電池中的獨立電極并且允許更好和更高的硫利用率。

傳統電池由四部分組成。首先,有兩個涂有活性物質的支撐電極,它們被稱為陽極和陰極。在它們之間是電解質,通常是液體,允許離子來回轉移。第四組分是隔板,其用作物理屏障,防止兩個電極之間的接觸,同時仍允許離子的轉移。

研究人員之前曾嘗試將陰極和電解質合并為一種液體,即所謂的“陰極電解液”。這個概念可以幫助減輕電池的重量,并提供更快的充電和更好的電源能力。現在,隨著石墨烯氣凝膠的發展,這個概念已經證明是可行的,提供了一些非常有希望的結果。

采用標準紐扣電池盒,研究人員首先插入一層薄薄的多孔石墨烯氣凝膠。“你拿氣凝膠,這是一個很長的圓柱體,然后你把它切成薄片 - 幾乎就像一個薩拉米香腸。你拿著那片切片,壓縮它,以適應電池,”查爾莫斯物理系的Carmen Cavallo說。 ,研究的首席研究員。然后,將富含硫的溶液 - 陰極電解液 - 添加到電池中。高度多孔的氣凝膠充當支撐物,像海綿一樣吸收溶液。

“石墨烯氣凝膠的多孔結構是關鍵。它吸收了大量的陰極電解液,為您提供足夠高的硫負荷,使陰極電解液的概念變得有價值。這種半液體陰極電解液在這里非常重要。它允許硫磺來回循環而沒有任何損失。它不會因溶解而丟失 - 因為它已經溶解在陰極液中,“Carmen Cavallo說。

一些陰極電解質溶液也應用于隔板,以使其發揮其電解質作用。這也最大化了電池的硫含量。

雖然鋰硫電池具有多種優勢,包括更高的能量密度,但目前市場上最好的鋰離子電池的工作壓力約為每小時300瓦時,理論最大值約為350.鋰硫電池的理論能量密度為每公斤1000-1500瓦時。

“此外,硫磺價格便宜,高度豐富,環境友好。鋰硫電池還具有不需要含有任何對環境有害的氟的優點,這在鋰離子電池中很常見,”Chalmers教授Aleksandar Matic說。物理系,負責該論文背后的研究小組。

到目前為止,鋰硫電池的問題一直是它們的不穩定性,并因此導致低循環壽命。當前版本快速退化并且壽命有限且循環次數不切實際。但在測試他們的新原型時,Chalmers研究人員證明在350次循環后容量保持率為85%。

新設計避免了鋰硫電池劣化的兩個主要問題 - 一個是硫溶解到電解質中并且丟失,另一個是'穿梭效應',其中硫分子從陰極遷移到陽極。在這種設計中,可以大大減少這些不希望的問題。

然而,研究人員表示,在技術能夠實現全部市場潛力之前,還有很長的路要走。“由于這些電池是以大多數普通電池的替代方式生產的,因此需要開發新的制造工藝以使其具有商業可行性,”Aleksandar Matic說。


投資包括購買單色和雙像差校正(CETCOR圖像和ASCOR探頭Cs校正器)TEM JEOLARM(200 kV)40-200,配備場發射槍(FEG)。這是第一篇使用這種全新顯微鏡發表的論文,用于研究氣凝膠的結構。


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