1、缺点:锂硫电池最大的劣势在于其循环利用次数比较低。因为硫化聚合物具有稳定性比较差的特性,所以当前锂硫电池的循环利用次数要远远低于普通的磷酸铁锂电池,这就极大的增加了锂硫电池的使用成本。
2、优点:锂硫电池除了能量密度非常高外,还具有一些其他的优点,一方面,其生产成本比较低。由于锂硫电池主要采用硫和锂作为生产原材料,生产成本相对较低;另一方面,锂硫电池在使用后低毒,并且回收利用的能耗较小。
据外媒报道, 在下一代电池中许多令人兴奋的化学物质中,锂硫电池是一种具有巨大潜力的化学物质,因为它的储能能力是目前锂离子电池的五倍。 澳大利亚的科学家们为这种极具前途的结构提出了一种新的设计,其中包括通过添加糖来解决固有的稳定性问题,据悉,这一举动使实验电池运行的次数超过1000次。
虽然锂硫电池的高容量是科学家们一直在努力开发的一种主流应用,但它们一直受到稳定性问题的阻碍。由于电池的正硫电极在充电过程中膨胀和收缩,它会受到显著的压力并迅速恶化。与此同时,负极被硫化合物污染。
去年,墨尔本莫纳什大学的一个电池研究小组想出了一个解决了这一问题的一半的解决方案。这群科学家们开发了一种特殊的粘合剂,它可以在硫粒子周围创造额外的空间,这意味着它们在充电期间拥有更多的空间安全膨胀。这样做的结果得到一个高容量的锂硫电池,它能循环使用超200次。
现在,科学家们把目标对准了等式的另一边,即负的锂电极,其被硫“窒息”。这一突破源于1988年的一项研究,该研究表明,一些糖基物质可以阻止地质沉积物的降解从而促进硫化物之间的强键。
科学家们的目标是将这种方法应用到锂-硫电池上以防止硫链(被称为多硫化物)从正极释放出来,这些硫链往往会在负极上移动并形成苔藓。研究小组在电极的网状结构中引入了一种糖基添加剂以作为粘结剂从而形成网状微结构,该结构可以帮助调节讨厌的多硫化物的行为。携带糖添加剂的实验电池显示,容量约为700 mAh/g,可维持1000次循环。
这项研究的论文第一作者、博士生Yingyi Huang说道,“这样每次充电都能持续更长时间,延长电池的寿命。而且制造电池不需要奇异的、有毒的、昂贵的材料。”
在锂硫电池应用于智能手机和电动 汽车 之前仍有一些问题需要解决。研究人员则表示,他们的技术有潜力存储2到5倍于现在的锂电池的能量,并且通过这项新的研究,相信他们已经向现实世界的应用迈出了关键的一步。
锂硫电池有个致命缺陷,就是稳定性差,在使用之后性能很快退化,无法正常进行充电-使用放电-充电的循环。这个缺陷产生的原因,在于锂硫电池在使用中会产生多硫化锂Li2Sx,这种化合物不能有效进行充放电循环,因而使得锂硫电池现在无法商业化。
锂硫电池是锂电池的一种,锂硫电池是以硫元素作为电池正极,金属锂作为负极的一种锂电池。单质硫在地球中储量丰富,具有价格低廉、环境友好等特点。
锂硫电池存在的问题主要有:
第一、单质硫的电子导电性和离子导电性差,硫材料在室温下的电导率极低(5.0×10-30S·cm-1),反应的最终产物Li2S2和Li2S也是电子绝缘体,不利于电池的高倍率性能
第二、为锂硫电池的中间放电产物会溶解到有机电解液中,增加电解液的黏度,降低离子导电性。多硫离子能在正负极之间迁移,导致活性物质损失和电能的浪费。(Shuttle效应)。溶解的多硫化物会跨越隔膜扩散到负极,与负极反应,破坏了负极的固体电解质界面膜(SEI膜)。
第三、锂硫电池的最终放电产物Li2Sn(n=1~2)电子绝缘且不溶于电解液,沉积在导电骨架的表面;部分硫化锂脱离导电骨架,无法通过可逆的充电过程反应变成硫或者是高阶的多硫化物,造成了容量的极大衰减。
导读: 据外媒消息,锂硫电池是一种二次电池,也就是可充电电池。和现在广泛使用钴、镍和其他高价稀土元素(如正极材料)的锂离子电池不同,锂硫电池使用硫这一最丰富的元素,锂的低原子量和硫中等的原子量意味着锂硫电池相对较轻(大约是水的密度),这使得他的能量密度可以轻松达到550Wh/kg。
一般来说,锂离子电池的能量密度可以达到150-260Wh/kg。而最近刷屏的福建猛狮花两年时间研发的圆柱18650-3800mAh可以达到290Wh/kg。锂硫电池可以达到锂离子电池的两倍。
锂硫电池因为不用贵重金属,其制造成本更低,被认为是取代锂离子电池的有希望的候选者。
但是, 当锂在充电或放电过程中与硫接触时,就会产生所谓的“多硫化锂”作为中间产物。多硫化锂在用于锂硫电池的常用电解质中具有很高的溶解性,发生穿梭现象,从而导致正极材料在反复充电或放电后损失。多硫化物穿梭被认为是阻碍锂硫电池商业化的最大障碍,因为这个问题与电池的寿命和安全性退化直接相关。
在2017年位于英国牛津郡的OXIS Energy向公众展示了具有高达 1,500 次充电和放电循环的锂硫电池。但到现在为止,还没有一个是商业可用的报道。
公众号 “康桥电池能源CamCellLab”的消息,近日,韩国电子技术研究院 (Korea Electrotechnology Research Institute,KERI) 为了解决上述难题,采用活性炭和磷。活性炭纤维由于其高吸收性能广泛用于多种类型的过滤器和漂白剂。研究小组将活性炭作为涂层材料涂覆在隔膜上,用来捕获在充电或放电循环时产生的多硫化锂。
此外, 研究人员在碳材料中使用了高吸收性磷进行化学捕获。这种双重捕获方法有助于避免由于多硫化锂的穿梭效应而导致锂硫电池的性能下降。该团队在硫阴极上使用高强度、高导电性和柔韧性的碳纳米管材料来代替现有的集流体(以增加能量密度)。而这些都是在确保耐久性和弯曲性的条件下进行的。
通过这种工艺开发,韩国电子技术研究院的锂硫电池具有400 Wh/kg的能量密度。最引人注目的是这种锂硫电池的产业化机会很高,因为它结合了高能量密度、性能安全(寿命)、灵活性(持续时间)以及轻质和低成本等现有优势。
在需要轻量化、长续航的领域,锂硫电池的优势很突出,预计将广泛应用于航天、飞行 汽车 、无人机等。
作为对其出色工作的认可,世界知名科学期刊small将这一研究成果进行了封面报道。知名科学期刊small在2005年创立,一开始是月刊,在2009年改为双周刊,2015年改为周刊。他涵盖先进材料包括先进功能材料和先进工程材料等的最新研究。2020年该期刊的影响因子为13.28。
领导这一研究成果的韩国电子技术研究院朴俊宇(Jun-Woo Park) 博士对这一成果被认可非常满意,他说道:“像韩国这样的对稀土元素和其他资源稀缺国家而言,锂硫电池是一项重要技术,因为他使用丰富且廉价的硫和碳材料。
我们计划 将这一研究成果与韩国电子技术研究院开发并拥有的“大规模合成固体电解质”技术相结合,以确保下一代固态锂硫电池的原始技术。”
公众号 “康桥电池能源CamCellLab”认为,锂硫电池的产业化进程是夹在一些先进电池中间的。例如采用硅碳的锂离子电池和钠离子电池,他们的产业化进度明显很快。而下一代电池的明珠固态电池面临的问题更多,产业化进程还需要5-10年时间。
而锂硫电池夹在这些之中。固态电池的一种路线是采用硫化物作为固态电解质,他也和锂硫电池有循环问题。正如朴俊宇博士所说,把固态电解质和锂硫电池技术相结合,会对现有锂离子电池独霸市场的局面有最大的冲击。