Det ultrahøje volumetriske energitæthed lithium-svovlbatteri

Lithium-ion batteriteknologi (LIB'er) er en af ​​de vigtigste mobile strømkilder til bærbare computere, kameraer, og smartphones. Imidlertid, den nuværende energitæthed af LIB'er nærmer sig den teoretiske grænse, hvilket understreger det presserende behov for nye batterisystemer med høj energitæthed. Blandt lagringssystemer med høj energitæthed, lithium-svovl batterier, med energitæthed på 2600 Wh kg ^-1 (næsten 3 ~ 5 gange end de traditionelle LIB'er), har potentialet til at fungere som næste generation af højenergibatterier. Svovl har en meget lav elektrisk ledningsevne på 5x10 ^-30 S cm-1 ved stuetemperatur. Derfor, 30-70 vægt. procent ledende materialer, f.eks. kulstof nanorør, grafen, porøst kulstof, og ledende polymerer, skal tilføjes til elektroden for høj udnyttelse af svovl ved nuværende procesteknologi. Tilsætningen af ​​nanocarbonmaterialer med lav stablingstæthed neutraliserer den høje energitæthed, især den volumetriske energitæthed af lithium-svovl-batterier.

Forskere i Prof. hvilket gavner den ultrahøje volumetriske energitæthed af lithium-svovl-batterier. En volumetrisk kapacitet på 1116 mAh・cm-3 og volumetrisk energitæthed på 434 Wh・L ^-1 blev opnået baseret på volumenet af den samlede celle, herunder katode, nuværende samler, membran, anode, hvilket var langt ud over lithium-tyndfilmsbatteriet. Holdet har offentliggjort deres resultater i et nyligt nummer af Nano energi (2014, 4, 65-72).

"Designet af svovlkatodematerialer til lithiumsvovlbatterier med høj volumetrisk energitæthed er afgørende for praktiske anvendelser, " sagde Qiang. "Vi valgte justerede CNT'er som det ultralette stillads, fordi de demonstrerer hierarkisk porøs arkitektur, ekstrem høj elektrisk ledningsevne, lav densitet, samt lave omkostninger." Faktisk, sådanne former for justerede CNT'er med en længde på 20-200 μm er blevet masseproduceret i en reaktor med fluidiseret leje til en lav pris på mindre end $ 100 pr. kg ^-1 . "Disse justerede CNT'er kan let spredes til polymer med en ultralav ledende perkolationstærskel på 0,0025 vægtprocent. Det er klart, de kan også tjene som et højeffektivt ledende stillads til svovlmaterialer." Prof. Fei Wei tilføjer, "Vi har fundet en skalerbar, stuetemperatur, et-trins metode til fremstilling af en justeret CNT/svovl katode. Det sammensatte katodemateriale har et ultrahøjt svovlindhold på 90 vægtprocent og en høj densitet på 1,98 g cm. ^-3 , hvilket er 2 til 4 gange end den rutinemæssige svovl/carbon-kompositkatode. Derfor, den volumetriske energitæthed af denne forskning er langt ud over det rapporterede resultat."

Som professor Zhang påpeger, denne tilgang kaster lidt lys over at bygge lithium-svovl-batterier med høj volumetrisk energitæthed ved at bruge en højdensitets-kompositkatode med høj svovlbelastning. Fremtidigt arbejde med udvikling af lithium -svovlbatterier kan fokusere på strategien med at lindre shuttle -effekten og undertrykke litiumdendritterne, og yderligere forbedring i gravimetrisk og volumetrisk energitæthed af lithium-svovl elektrokemiske systemer.