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      電池技術(shù)再進一步 中科院鋰硫電池研究獲突破

      2014年08月25日 9:25 4916次瀏覽 來源:   分類: 新技術(shù)

      今年以來,燃料電池領(lǐng)域技術(shù)接連獲得突破;在新技術(shù)助力以及政策對新能源汽車的大力扶持之下,資本市場不斷上演燃料電池的炒作熱潮,wind燃料電池指數(shù)近期更是直逼歷史高點。繼今年2月份金屬所在高能量密度鋰硫電池方面取得進展外,8月22日,中科院大連化物所陳劍研究員帶領(lǐng)先進二次電池研究團隊,在高比能量鋰硫二次電池方面再度取得重要進展,并研制成功額定容量15Ah的鋰硫電池,形成了小批量制備能力。分析人士表示,隨著鋰硫電池重要技術(shù)相繼獲得突破,尤其是海外各大汽車廠商更是不斷追加對燃料電池的投入,相關(guān)電池的產(chǎn)業(yè)化進程大概率將進一步加快。國內(nèi)方面,新源動力股份有限公司成立于2001年4月,由中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、長城電工、南都電源、新大洲等單位發(fā)起設(shè)立,是中國第一家致力于燃料電池產(chǎn)業(yè)化的股份制企業(yè)。

      中科院鋰硫電池研究獲突破

      據(jù)科學(xué)網(wǎng)報道,8月22日,中科院大連化物所陳劍研究員帶領(lǐng)先進二次電池研究團隊,在高比能量鋰二次電池方面取得重要進展,研制成功了額定容量15Ah的鋰硫電池,并形成了小批量制備能力。

      據(jù)了解,經(jīng)過檢測的電池比能量大于430Wh/kg,是目前公開報道的容量最大的鋰硫電池,超過SionPower公司報道的鋰硫電池2.5Ah@350Wh/kg的技術(shù)指標(biāo),是目前從事鋰硫電池研究的最高水平。

      鋰硫電池是一種可持續(xù)發(fā)展的高比能量二次電池,具有元素儲量豐富、成本低廉等優(yōu)點,是電動汽車動力電池的研究熱點。目前,鋰硫電池的國際技術(shù)水平約為比能量350Wh/kg。為此,鋰硫電池的研發(fā)目標(biāo)為,至2016年,鋰硫電池的能量密度達到400-600Wh/kg,有望推動這一電池驅(qū)動的電動汽車?yán)m(xù)航里程超過500公里。

      根據(jù)公開資料顯示,陳劍研究團隊自2009年成立以來,一直致力于發(fā)展鋰硫電池新材料和新技術(shù),在理論和技術(shù)工藝上有新的突破,獲得很高的理論數(shù)據(jù)和技術(shù)指標(biāo)。這是大連化物所鋰硫電池研究在科技部“863”計劃和中國科學(xué)院納米先導(dǎo)專項“長續(xù)航動力鋰電池”項目資助下取得的重要進展。

      有業(yè)內(nèi)專家表示,單質(zhì)硫作為鋰硫二次電池正極材料與金屬鋰構(gòu)成的二次電池體系理論比能量密度可達2600Wh/kg,是商業(yè)鈷酸鋰/石墨鋰離子電池(理論能量密度360Wh/kg)的7倍;同時單質(zhì)硫價格低廉、產(chǎn)量豐富、安全無毒、環(huán)境友好,因而鋰硫電池被認(rèn)為是很有發(fā)展前景的新一代電池。

      國外技術(shù)發(fā)展迅速

      電池產(chǎn)業(yè)化步伐加快

      數(shù)十年以來,鋰離子電池的能量密度不斷提高,并廣泛應(yīng)用于智能手機等領(lǐng)域。但鋰離子電池需要笨重的陰極(一般由氧化鈷等材料制成)來“收納”鋰離子,從而限制了電池能量密度的進一步提高。這意味著,對諸如長距離電動汽車等需要更大能量密度的應(yīng)用來說,鋰離子電池顯得有點力不從心。

      據(jù)外媒報道,今年6月份,美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)、亞利桑那大學(xué)和韓國首爾國立大學(xué)的研究人員攜手將這些材料混合在一起,研制出了一種廉價、高功率的鋰硫電池。研究人員表示,新電池的性能可與目前市場上占主流的電池相媲美,而且,經(jīng)過500次充放電循環(huán)后功能無損。專業(yè)人士戲稱,一種工業(yè)廢品、一點塑料,再加上不太高的溫度,或許就是引爆下一個電池革命的導(dǎo)火線。

      在對能量密度需求大幅增加的背景下,科學(xué)家們將目光投向了鋰離子電池更纖瘦的“表妹”——鋰硫電池身上,后者的陰極主要由硫(石油工業(yè)廉價的副產(chǎn)品)制成。硫的“體重”僅為鈷的一半,因此,同樣體積的硫收納的鋰離子數(shù)為氧化鈷的兩倍,這就使得鋰硫電池的能量密度為鋰離子電池的數(shù)倍。

      根據(jù)相關(guān)媒體報道,在最新研究中,為了制造出穩(wěn)定的硫陰極,研究人員將硫加熱到185攝氏度,將硫元素由8個原子組成的環(huán)路融化成長鏈,隨后,他們讓硫鏈同二異丁烯(DIB,一種碳基塑料前體)混合,二異丁烯讓硫鏈連接在一起,最終得到了一種混合聚合物。他們將這一過程稱為“逆向硫化”,因為其同制造橡膠輪胎的過程類似,關(guān)鍵的區(qū)別在于:在輪胎中,含碳材料會聚集成一大塊,硫則點綴其中。

      該測試表明,經(jīng)過500次的循環(huán)后,電池的能量密度仍為最初的一半多。亞利桑那大學(xué)的化學(xué)家杰弗里·佩恩表示,其他還處于實驗階段的鋰硫電池也有同樣的性能,但其制造成本高昂,很難進行工業(yè)化生產(chǎn)。

      NIST的材料科學(xué)家克里斯托弗·索爾斯表示,盡管如此,這種鋰硫電池短期內(nèi)也不會上市,因為硫暴露在空氣中很容易燃燒,因此,任何經(jīng)濟可行的鋰硫電池都需要經(jīng)過非常嚴(yán)苛的安全測試,才能投放市場。

      業(yè)內(nèi)專家表示,盡管鋰硫電池的正極是限制其應(yīng)用的重要瓶頸和亟待解決的難題,但這些問題可通過形成碳硫復(fù)合電極材料來加以解決。只是這會降低整個電池的能量密度,因為碳硫復(fù)合電極材料中硫含量超過70wt%時,才具備應(yīng)用價值。

      有券商機構(gòu)指出,2015年將是燃料電池乘用車的元年,豐田、本田、現(xiàn)代紛紛推出量產(chǎn)車,幾大汽車集團也通過與政府和能源公司合作積極推動基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè),在此背景下,燃料電池車正逐步進入市場導(dǎo)入期。目前來看,制造成本是推廣最大的問題,成本的核心在于規(guī)模;不過隨著燃料電池車的產(chǎn)業(yè)化,在技術(shù)漸趨成熟的情況下,未來成本的下降值得期待。

      責(zé)任編輯:寧天

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