據(jù)外媒報(bào)道，加州大學(xué)河濱分校（University of California, Riverside，URC）伯恩斯工程學(xué)院（Bourns College of Engineering）的研究人員研發(fā)了新技術(shù)，利用硫電極及硅電極制造了高性能的鋰離子電池。
該款硅硫燃料電池（SSFC）架構(gòu)逐步將受控純鋰離子整合到電池系統(tǒng)中，在C/10條件下，充放電250次后，其能量密度仍高達(dá)350 Wh/kg。
硫是一款非常具有吸引力的陰極材料，理論容量（theoretical capacity）為1675 mAh/g。然而，由于硫存在體積膨脹（volumetric expansion）、導(dǎo)電性不良等先天性缺陷，硫電極的應(yīng)用發(fā)展較為遲緩。幸運(yùn)的是，URC的研發(fā)人員發(fā)現(xiàn)了多種新方法緩解上述問題。這類產(chǎn)品方案的性能極具前景，但會導(dǎo)致硫周邊發(fā)熱。
目前的陽極材料通常選擇硅，其理論容量高達(dá)4200 mAh/g，而硅則面臨兩大挑戰(zhàn)，導(dǎo)電性不良及體積膨脹。為此，研究人員采用了納米硅結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電劑（conductive additives）及粘合劑（binders）等方法，最終解決了上述問題，為燃料電池制備了硫陰極及硅陽極。
目前，研究人員利用硫化鋰（lithium sulfide）或硅化鋰等預(yù)鋰化（pre-lithiated）材料，使燃料電池的能量密度高達(dá)600Wh/kg。然而，這類燃料電池的充放電次數(shù)通常很短，一般不足50次，且該類材料還需要采用專用設(shè)備，在加工時(shí)也存在諸多限制條件。
為創(chuàng)建新架構(gòu)的SSFC，該團(tuán)隊(duì)在傳統(tǒng)燃料電池架構(gòu)的技術(shù)上新增了一片鋰箔（lithium foil），使鋰箔能與集電器（current collector）發(fā)生接觸，在充放電時(shí)將鋰箔整合到燃料電池體系中，從而控制鋰離子的嵌入量。
在半電池（half cells）中，將采用純鋰作為陽極材料，這將引起用戶對枝狀晶體生長（樹突形成，dendrite formation）及鋰腐蝕等安全性問題的擔(dān)憂。在全電池（full-cell）模式下，可用硅來制作陽極，可緩解因純鋰陽極所引發(fā)的安全問題，同時(shí)確保燃料電池獲得所需的高電量。
該方法使得受控的鋰載荷可彌補(bǔ)固體電解質(zhì)界面膜（SEI）形成及鋰降解，提升燃料電池的循環(huán)壽命（cycle life）。此外，該電池還采用了交流阻抗（EIS）、循環(huán)伏安法（CV）及恒電流間歇滴定法（GITT）等多種方法。該研究將為未來的硅硫燃料電池的研發(fā)奠定基礎(chǔ)。
該研究資金來自于UCR及Vantage Advanced Technologies公司，該大學(xué)的技術(shù)商業(yè)化辦公室還為此申請了一項(xiàng)發(fā)明專利。（本文圖片選自greencarcongress.com）
電池網(wǎng)微信
