簡介
全固態鋰硫電池是一種新型電池,其能量密度約為一般電子設備中廣泛使用的鋰離子電池的4倍,且成本更低廉。
全固態鋰硫電池中用到的電解質也是固體,其設計思路完全顛覆了已延續150年到200年的兩個電極加一堆電解液的固有電池概念,也解決了其他化學家一直擔心的易燃問題。
研發背景
鋰硫電池是鋰電池的一種,鋰硫電池是以硫元素作為電池正極,金屬鋰作為負極的一種鋰電池。比容量高達1675mAh/g,遠遠高於商業上廣泛套用的鈷酸鋰電池的容量(<150mAh/g)。並且硫是一種對環境友好的元素,對環境基本沒有污染,是一種非常有前景的鋰電池。幾十年來,科學家們一直很看好鋰硫電池,其比鋰離子電池效率高且成本低。但壽命短是其最大弱點,因此一直未被商用。另外,電池內使用液體電解質也成為科學家們的桎梏。液體電解質會通過溶解多硫化物從而幫助鋰離子在電池中傳導。但不利的是,這一溶解過程會使電池過早地被損壞。 而新設計方法全固態鋰硫電池可以清除這些障礙。
原理
全固態鋰硫電池富含硫,其能傳導鋰離子和傳統電池陰極中使用的硫金屬鋰化物,後再將其同由鋰製成的陽極以及固體電解質結合在一起進行工作。
能量密度
新電池在60攝氏度的溫度下,經過300次充放電循環後,電容可以維持在1200毫安小時/克,而傳統鋰離子電池的平均電容為140至170毫安小時/克。因為鋰硫電池攜帶的電壓為鋰離子電池的一半,平均電容為其8倍,所以,新電池的能量密度約為傳統鋰離子電池的4倍。
安全性
鋰硫電池主要存在三個主要問題:鋰多硫化合物溶於電解液;硫作為不導電的物質,導電性非常差,不利於電池的高倍率性能;硫在充放電過程中,體積的擴大縮小非常大,有可能導致電池損壞。
但全固態鋰硫電池消除了硫溶解的問題,而且由於液體電解質容易同鋰金屬發生反應,所以新電池使用固體電解質後安全性也更高。另外,新鋰硫電池中使用的硫是處理石油後剩下的副產品,來源豐富且成本低廉,也能存儲更多能量,這就使新電池具有成本低廉、能量密度大等優點。