随着电动汽车的不断普及,科学家们发现锂硫电池作为一种更环保的动力方式有着巨大的潜力。这是因为他们没有';t依赖同样昂贵且难以获得的原材料,如钴,但与其稳定性有关的其他问题迄今为止阻碍了该技术的发展。德雷塞尔大学的工程师们已经取得了一项突破,他们说,通过利用稀有的硫化学相来防止破坏性的化学反应,这些电池更接近商业用途。
锂硫电池在储能方面前景广阔,不仅因为硫含量丰富,而且比现在使用的钴、锰和镍对来源的影响更小;电池。它们也可能带来一些显著的性能提升,有可能存储几倍于今天的能量#39;s的锂离子电池。但科学家们一直遇到一个问题,那就是称为多硫化物的化合物的形成。
当电池运行时,这些物质进入电解液——在阳极和阴极之间来回携带电荷的溶液——在那里引发化学反应,损害电池;它的容量和寿命。科学家们已经成功地将碳酸盐电解液替换成乙醚电解液,而乙醚电解液不会';t与多硫化物反应。但这也带来了其他问题,因为乙醚电解液本身极易挥发,含有低沸点的成分,这意味着如果加热到室温以上,电池可能会很快失效或熔化。
德雷塞尔大学的化学工程师们一直在研究另一种解决方案,首先是设计一种新的阴极,这种阴极可以与已经投入商业使用的碳酸盐电解质协同工作。这种阴极由碳纳米纤维制成,已经证明可以减缓多硫化物在乙醚电解液中的移动。但要让它在碳酸盐电解液中工作需要一些实验。
首席研究员Vibha Kalla说:“对于商业制造商来说,使用一种与他们已经使用的碳酸盐电解质协同工作的阴极是阻力最小的途径。”。“因此,我们的目标不是推动行业采用一种新电解液,而是制造一种可以在现有锂离子电解液系统中工作的阴极。”
科学家们试图用一种叫做蒸汽处理的技术将硫限制在碳纳米纤维网中,以防止危险的化学反应。这没有';它并没有达到预期的效果,但事实证明,它以一种意想不到的方式使硫结晶,并将其转变为单斜伽马相硫,一种元素的轻微变化形式。这种硫的化学相只有在实验室高温下才能产生,或在自然界的油井中观察到。对科学家来说,它不与碳酸盐电解液发生反应,从而消除了多硫化物形成的风险,这很方便。
“起初,很难相信这是我们检测到的,因为在之前的所有研究中,单斜硫在95°C(203°F)下一直不稳定,”该研究的合著者拉胡尔·帕伊说。“在上个世纪,只有少数几项研究产生了单斜伽马硫,而且它最多只稳定了20-30分钟。但我们在一个阴极中创造了它,该阴极经历了数千次充放电循环,性能没有降低——一年后,我们对它的检查表明,化学phase保持不变。"
阴极在一年的测试和4000次充放电循环中保持稳定,科学家说这相当于10年的正常使用。该团队制造的带有这种阴极的原型电池的容量是标准锂离子电池的三倍,为更环保的电池铺平了道路,使电动汽车每次充电都能行驶更远。
卡拉说:“虽然我们仍在努力了解在室温下产生这种稳定单斜硫的确切机制,但这仍然是一个令人兴奋的发现,可能为开发更可持续、更实惠的电池技术打开许多大门。”。
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