锂电池阴极粒子大幅度提高锂电池容量

大幅度提高锂电池容量

时间:2011年12月01日
锂电池已经成为现代社会的便携能源。如果你有手机,MP3播放器或者笔记本电脑,那么你就已经有了锂电池。更有可能的是,你会有许多块锂电池。但是,尽管锂电池很好,它们仍不能 集成电路生长我国填补国内空白 12硅单晶炉助我国IC驶入快车道批评新闻线索编辑唐骏:盛大饭太多 大家都来不及吃后段订单半导体台积电获得晶圆级封装领域的重要订单电脑平板三星2011年电脑市场将进入平板时代中国太阳能“航母”赴美“借箭”卡尔阅读器汉王汉王下一代电子阅读器选择飞思卡尔i.MX51应用处理器三星技术面板裸眼技术进展中小尺寸3D面板商机抢眼超声波信号变送器超声波发送器芯片设计方案揭秘存储器产品新产品瑞萨电子发布内置安全功能的微控制器RS47X
锂电池已经成为现代社会的便携能源。如果你有手机,MP3播放器或者笔记本电脑,那么你就已经有了锂电池。更有可能的是,你会有许多块锂电池。但是,尽管锂电池很好,它们仍不能承担艰巨任务,驱动下一代电动汽车。它们只是没有足够的电流,或者不能一边又一遍地快速释放电流。

问题在于锂电池的阴极。锂电池中的阳极材料的单位容量(specific capacities),石墨是370 mAh/g,硅是370 mAh/g。相反,阴极的单位容量,磷酸锂铁(LiFePO4)是170 mAh/g,层状氧化物只有150mAh/g。因此,未来方向很明显,就是寻找一种方法,改善阴极的比容量,同时保持锂电池所要求的其他特征,例如,令人满意的能效和良好的充电循环寿命。

日前,斯坦福大学(Stanford University)的王海亮(Hailiang Wang)及其同事宣称,他们取得了重要的进步,为了这个目标,使用硫作为所选阴极材料。

化学家许多年前就已经知道,硫具有潜力:硫的理论比容量为1672 mAh/g。但是,硫也有许多缺点,尤其在于硫是不理想的导体。除此之外,多硫化物(polysulphides)易于溶解,并且在许多电解液中会被冲走,与此同时,在放电过程中,硫易于膨胀而碎裂。
但是,王海亮及其同事称,他们已经在很大程度上克服了这些难题,使用少数灵巧的纳米工程技术改善性能。他们的窍门是制作亚微米硫粒子,并且给它们涂上一种塑料,称为聚乙二醇(polyethyleneglycol)或聚氧乙烯(or PEG.),这就绊住了多硫化物,防止它们被冲走。

其次,王海亮及其同事把带有涂层的硫粒子包裹在石墨烯笼(graphene cage)中。碳和硫之间的相互作用,使粒子导电,也支持粒子,因为在每个放电周期,这些粒子都会膨胀和收缩。

所产生的阴极,可保持的比容量大于600 mAh/g,超过100个充电周期。

这令人印象深刻。这样的阴极,会很快使可充电锂电池具有更高的能量密度,超过今天的可能。王海亮及其同事说“值得指出的是,石墨烯-硫混合物可连接硅基阳极材料,使可充电锂电池具显著提高的能量密度,超过当前的可能。”

但是,以后还有许多工作要做。尽管这些材料可保持很高的单位容量,超过100个放电周期,但王海亮及其同事说,在此过程中容量会下降15%。因此,他们希望,而且确实有望改进容量,因为他们会进一步优化材料。

下一步是制作一种工作电池,就使用这类材料。王海亮及其同事说,他们计划使它连接预锂化硅基阳极(pre-lithiated silicon based anode),以达到目标。假设这项计划完全实现(这是一个重要的“假设”),那你的下一辆汽车就可用锂-硅电池驱动。

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