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URC研发硅硫燃料电池架构提升锂离子电池性能

2021-10-12 00:56 已有人浏览
本文摘要:据外媒报导,加州大学河滨分校(UniversityofCalifornia,Riverside,URC)伯恩斯工程学院(BournsCollegeofEngineering)的研究人员研发了新技术,利用硫电极及硅电极生产了高性能的锂离子电池。该款硅硫燃料电池(SSFC)架构逐步将可控显锂离子统合到电池系统中,在C/10条件下,充放电250次后,其能量密度仍低约350Wh/kg。

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据外媒报导,加州大学河滨分校(UniversityofCalifornia,Riverside,URC)伯恩斯工程学院(BournsCollegeofEngineering)的研究人员研发了新技术,利用硫电极及硅电极生产了高性能的锂离子电池。该款硅硫燃料电池(SSFC)架构逐步将可控显锂离子统合到电池系统中,在C/10条件下,充放电250次后,其能量密度仍低约350Wh/kg。硫是一款十分具备吸引力的阴极材料,理论容量(theoreticalcapacity)为1675mAh/g。

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然而,由于硫不存在体积收缩(volumetricexpansion)、导电性不当等先天性缺失,硫电极的应用于发展更为功能障碍。幸运地的是,URC的研发人员找到了多种新方法减轻上述问题。

这类产品方案的性能极具前景,但不会造成硫周边痉挛。目前的阳极材料一般来说自由选择硅,其理论容量高达4200mAh/g,而硅则面对两大挑战,导电性不当及体积收缩。为此,研究人员使用了纳米硅结构、导电剂(conductiveadditives)及粘合剂(binders)等方法,最后解决问题了上述问题,为燃料电池制取了硫阴极及硅阳极。

目前,研究人员利用硫化锂(lithiumsulfide)或硅化锂等实锂化(pre-lithiated)材料,使燃料电池的能量密度高达600?Wh/kg。然而,这类燃料电池的充放电次数一般来说很短,一般严重不足50次,且该类材料还必须使用专用设备,在加工时也不存在诸多容许条件。

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为创立新的架构的SSFC,该团队在传统燃料电池架构的技术上追加了一片锂箔(lithiumfoil),使锂箔能与集电器(currentcollector)再次发生认识,在充放电时将锂箔统合到燃料电池体系中,从而掌控锂离子的映射量。在半电池(halfcells)中,将使用显锂作为阳极材料,这将引发用户对枝状晶体生长(树突构成,dendriteformation)及锂生锈等安全性问题的忧虑。在全电池(full-cell)模式下,能用硅来制作阳极,可减轻因显锂阳极所引起的安全性问题,同时保证燃料电池取得所需的高电量。

该方法使得可控的锂载荷可填补液体电解质界面膜(SEI)构成及锂水解,提高燃料电池的循环寿命(cyclelife)。此外,该电池还使用了交流电阻(EIS)、循环伏安法(CV)及恒电流间歇滴定法(GITT)等多种方法。该研究将为未来的硅硫燃料电池的研发奠下基础。

该研究资金来自于UCR及VantageAdvancedTechnologies公司,该大学的技术商业化办公室还为此申请人了一项发明专利。


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