液體鋰硫和鋰硒電池采用固體電解質 能量密度高達500Wh/kg
發布時間:2019-10-25 14:22:41
關鍵詞:動力電池鋰電池

液體鋰硫和鋰硒電池采用固體電解質 能量密度高達500Wh/kg

(圖源:greencarcongress)


據外媒報道,鄭州大學、清華大學和斯坦福大學的研究人員,聯手開發液體鋰硫和鋰硒電池系統(簡稱SELL-S和SELL-Se)。這兩種電池采用固體電解質,能量密度有望超過500wh /kg和1000 wh /l,具備低的能量成本和良好的電化學循環穩定性,有望應用于規模化儲能等領域。


這些電池采用Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12 (LLZTO)陶瓷管作為電解質,將正負極之間完全隔離開,電池運行在240度的環境。工作溫度高于鋰的熔點,可有效抑制多硫化物或多硒化物穿梭效應,限制鋰枝晶生長,從而提升能量密度,加快充放電能力,并提高庫侖效率及能效,進一步保持穩定性。


目前最先進鋰離子電池的能量密度小于300wh/kg和750 Wh/L。硫和硒被視為取代鋰離子電池中商業金屬氧化物正極的重要侯選材料。因為這些材料具有高容量,鋰化為Li2S時為1670 mAh/g,鋰化為Li2Se時為675 mAh/g。從理論上來看,能提供高能量密度,鋰硫電池為2600Wh/kg和2800 Wh/L,鋰硒電池為1160 Wh /kg和2530 Wh/L。而且,材料成本相對較低,鋰硒電池為41美元/kWh,鋰硫電池為15美元/kWh。


自從硫和硒被用作電池電極以來,對鋰硫和鋰硒電池的研究備受關注。以前的研究主要集中于具有固態鋰金屬負極、固態硫或硒正極(呈粉末狀或采用不同的S/C或Se/C復合材料)和液態有機電解質的電池上。然而,由于使用的是固體鋰金屬和液體有機電解液,上述電池結構存在一定問題:

(1)循環不穩定,庫侖效率低,因為在液態有機電解液中,短鏈Li2Sx或Li2Sex溶解,會引起穿梭效應;

(2)液體有機電解液非常易燃,容易引起安全問題;

(3)鋰負極出現枝晶生長,并與電解液發生副反應。鄭州大學金教授等人表示:“在充放電過程中,固體硫和硒的體積變化較大,引起活性硫和硒與集流器分離,導致循環不穩定,并降低硫和硒的利用率。這些問題嚴重阻礙了鋰硫和鋰硒電池的發展。”


SELL-S和 SELL-Se電池中含有液態鋰金屬負極、帶炭黑的熔融S或Se正極、LLZTO陶瓷管電解質。鋰金屬負極位于LLZTO管中,其中插入一根不銹鋼棒,作為負極集流器。在LLZTO管外的不銹鋼圓柱形容器中,插入帶有炭黑導電添加劑的S(Se)正極(質量比S或Se:C= 9:1),通過LLZTO管與鋰負極進行物理和電子分離。同時,不銹鋼圓筒作為正極集流器工作。熔融S和Se所需的導電碳只占總電極重量的10%,所以,固定負載最小。


第四屆動力電池應用國際峰會CBIS2019

稿件來源: 蓋世汽車網
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