具有鋰離子電池容量五倍的電池以及低環(huán)境負荷的電池可能會導(dǎo)致電動汽車的大幅降價并能大規(guī)模存儲電力?；阡嚭土颍↙i-S）的電池能夠在超過200個充放電循環(huán)中保持99％的效率；假如用于為智能手機供電，它將能夠保持運行五天（圖1）。

新電池是由澳大利亞墨爾本莫納什大學機械工程和特種航天系的研究員MahdokhtShaibani和她的同事開發(fā)的。

研究人員已經(jīng)為他們的制造工藝申請了專利(pCT/AU2019/051239)，原型電池已經(jīng)由包括弗勞恩霍夫材料和光束技術(shù)研究所在內(nèi)的德國合作伙伴成功制造。科學家們認為，這一進展可能會改變未來手機、汽車、電腦和太陽能網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)方式。這項研究發(fā)表在《科學進展》雜志上。

研究小組包括Shaibani和她在莫納什大學的團隊;與來自CSIRO、列日大學、弗勞恩霍夫和BeamTechnology的同事們一起。

“Li-S電池的設(shè)計和實現(xiàn)可能會給汽車市場帶來一場革命，”論文作者之一、莫納什大學(Monash)教授MainakMajumder說。

圖1:MatthewHill副教授、MahdokhtShaibani博士和MainakMajumder教授[來源:莫納什大學]

當談到電池，每個人都在尋找新的解決方法，供應(yīng)更長的壽命和可持續(xù)性。研究人員一直致力于研究能夠充電更多、使用更久的電池。

到目前為止，鋰硫電池的弱點是由于硫電極的容量太大，以致于它打破了正常的電池充放電循環(huán)。硫電極在循環(huán)過程中膨脹收縮，電極體積變化約78%。

當硫電極充電到所需的5至10mgcm-2時，由于鋰化/去硫化體積和由此出現(xiàn)的應(yīng)力的巨大變化，較高的能量性能迅速衰減。研究人員在化學層面上為硫粒子供應(yīng)了更大的空間，他們使用了更少的聚合材料來將硫粒子固定在電極上，從而在硫粒子之間創(chuàng)造了更多的空間結(jié)構(gòu)。使用與鋰離子電池相同的材料，研究人員重新配置了硫陰極的設(shè)計，使其能夠承受更高的應(yīng)力負荷，而不會降低整體容量或性能。

這種鋰硫電池可以極大地降低電池的成本，因為硫是一種儲量豐富且極其經(jīng)濟的化學元素。然而，可能存在與鋰離子電池生產(chǎn)相關(guān)的倫理問題。有關(guān)電遷移率的重要問題與提取生產(chǎn)電池所需的原材料的過程有關(guān)。許多研究也集中于開發(fā)對環(huán)境影響較小的較便宜的成分，例如硫。

據(jù)科學家預(yù)測，到2050年，道路上的電動汽車數(shù)量將達到9.65億輛，電池的存儲能力將提高到12380千兆瓦時，而光伏系統(tǒng)的存儲能力將超過7100千兆瓦時。未來幾年，對金屬的需求將大幅上升。

電池是未來幾年歐洲能源供應(yīng)系統(tǒng)擺脫碳氫化合物(包括運輸和電力)的關(guān)鍵技術(shù)之一。硫磺更容易找到，也更便宜，尤其是因為它也是石油加工的廢棄物。在不久的將來，我們將要新一代高性能、可靠、安全、可持續(xù)和廉價的電池。

儲能系統(tǒng)將在電力和熱力系統(tǒng)的完全脫碳過程中發(fā)揮越來越重要的用途。從化石燃料向可再生能源的過渡不能不包括發(fā)展先進的能源儲存技術(shù)，例如儲存系統(tǒng)和電池。

與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，新的儲能技術(shù)使用了硫，硫是一種非常經(jīng)濟的材料，比傳統(tǒng)鋰離子具有更高的抗過載能力、更低的毒性和更輕的重量。

利用鋰離子電池的電化學反應(yīng)可以在各個應(yīng)用領(lǐng)域帶來令人興奮的新發(fā)展。其他研究人員發(fā)現(xiàn)，將硫碳儲能材料包裹在柔性薄石墨烯薄片中，可以加速電子和離子的運輸，從而提高性能和導(dǎo)電性。通過將硫碳單元包裹在石墨烯片上，可以獲得更長的電池壽命、更好的循環(huán)穩(wěn)定性和更高的效率。

本文編譯自powerelectronicsnews。