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中科院：高性能鋰硫電池研究獲進展

時間:2016-03-15 09:28來源:中國環保在線作者:西顧

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中國科學院理化技術研究所功能高分子材料研究中心發展了一種在三維多孔碳(3DPGC)結構中原位制備并負載硫的新方法，硫在保持納米分散的前提下，負載量達到90%，創造了硫的最高負載量紀錄，電極初始比容量高達1382mAhg-1；硫的原位負載還形成碳硫鍵，經過1000次循環后，平均每次循環的容量衰減僅為0.039%，達到了當前的最高循環穩定性。

　　當前，電動汽車發展面臨著一個問題，那就是由于電池的質量能量密度較低，使得電動汽車上的電池又大又重。因此，每一輛電動汽車安裝上去的電池數量都很有限。比如特斯拉的ModelS的電池組平鋪在汽車地板上，大概長2米、寬1.2米。在頂級配置車型中，如此大體積的動力電池，能提供的行駛里程也只不過大約300英里(482公里)，之后就需要插入充電樁進行充電。而日產聆風充一次電更是只能跑80英里(128公里)左右。除此之外，鋰電池充電過程比起傳統汽車的加油要慢得多。

　　因此，科學家們便希望開發出一種擁有較高能量密度的新型電池。從目前技術上來看，理論能量密度最高的兩個體系是鋰硫電池和鋰空氣電池，這兩類電池的質量能量密度均超過500Wh/kg，能夠較好地提升電動汽車的行駛里程數。

　　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，是鋰電池的一種。其比容量高達1675mAh/g，遠遠高于商業上廣泛應用的鈷酸鋰電池的容量(<150mAh/g)。同時，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。但是，硫具有不導電、中間產物聚硫鋰溶于電解質、體積膨脹嚴重等缺點，這些問題使得鋰硫電池的大規模應用面臨諸多挑戰，包括安全性、倍率性能和循環穩定性等。

　　為了克服這些問題，中國科學院理化技術研究所功能高分子材料研究中心發展了一種在三維多孔碳(3DPGC)結構中原位制備并負載硫的新方法，硫在保持納米分散的前提下，負載量達到90%，創造了硫的最高負載量紀錄，電極初始比容量高達1382mAhg-1；硫的原位負載還形成碳硫鍵，顯著提高了電極材料的充放電循環穩定性，經過1000次循環后，平均每次循環的容量衰減僅為0.039%，達到了當前的最高循環穩定性。因此，這一材料在提高硫的負載及利用效率的同時，還提高了電極材料的充放電循環穩定性。

　　相關研究結果發表在國際期刊《自然.通訊》上(NatureCommunications2016，7，10601)。隨后，國際著名碳材料學家RodneyRuoff教授和中國科學技術大學教授季恒星在《物理化學學報》雜志上撰寫亮點文章(ActaPhys.Chim.Sin.2016，32，797)，對以上研究成果的創新性進行了評價。

　　此前，南京工業大學和新加坡高校合作，改良鋰硫電池，使得其使用周期可提高至800次，續航里程至少600公里。

　　隨著鋰硫電池重要技術相繼獲得突破，尤其是海內外各大汽車廠商不斷加大對鋰電池投入，其產業化進程將進一步加快。據估算，未來5年全球鋰電池及相關產業每年市場總規模將達到3.1萬億元。在國家政策支持下，鋰硫電池前景廣闊。目前，我國已有三家上市公司試水鋰硫電池領域。

　　成飛集成：公司曾互動平臺上表示，公司對石墨烯鋰硫電池處于試驗調研階段。

　　西藏城投：子公司陜西國能新材料的產品在超級電容、鋰硫電池等前沿科技領域進行應用經營。

　　寶泰隆：與清華大學合作項目包括高比能量鋰硫電池用石墨烯/硫復合電極材料制備。

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