鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1414次 | 2020年10月31日
鋰硫電池發(fā)展所面對的問題有什么
鋰硫電池也有不少痛點(diǎn),首當(dāng)其間的便是電極循環(huán)功能差。硫電極放電的時(shí)候不是直接生成硫化鋰,而是逐步被復(fù)原,隨同多硫化鋰中間產(chǎn)品的生成;多硫化鋰會溶解在電解液中,發(fā)生溶解丟失。溶解的多硫化鋰一方面會分散到負(fù)極復(fù)原、再在正極氧化,發(fā)生絡(luò)繹效應(yīng),導(dǎo)致低庫倫功率和高自放電;另一方面,溶解的多硫化鋰在充電進(jìn)程中還會在正極外表優(yōu)先堆積,導(dǎo)致電極因外表孔阻塞而失活,因而,電極循環(huán)功能很差。
現(xiàn)在,科研界的辦法,是用多孔碳資料去阻擋、去吸附多硫離子,削減它的溶解丟失。這種戰(zhàn)略在學(xué)術(shù)上看似很有效,但實(shí)踐用途十分有限。兩者的重要差別在于實(shí)驗(yàn)室的研討工作都是根據(jù)很小的扣式電池,電極很薄、硫負(fù)載量不高,總的硫量大約在幾個(gè)毫克級;而實(shí)踐電池的硫含量較大(克級),且電極很厚、單位硫載量很高。
鋰硫電池的第二個(gè)問題是鋰負(fù)極的可充性,這也是難以短時(shí)間解決的問題。電化學(xué)反響有必要包括幾個(gè)串聯(lián)的進(jìn)程,第一個(gè)進(jìn)程是反響物從本體溶液向電極外表的傳輸,稱之為液相傳質(zhì);第二個(gè)進(jìn)程為反響物在電極外表得到或失去電子,構(gòu)成產(chǎn)品的進(jìn)程,稱之為電化學(xué)反響進(jìn)程。哪個(gè)速度慢,電極反響就受哪個(gè)進(jìn)程操控。
有關(guān)鋰電極來說,其電子交換進(jìn)程十分快,因而液相傳輸是其反響操控進(jìn)程,也便是將鋰離子從溶液本體傳輸?shù)诫姌O外表這一步相對慢。這就帶來了一些問題,液相傳遞實(shí)踐上是受對流影響的,只需有重力,就會存在對流,而電極外表每一點(diǎn)的對流速度并不相同,因而,每一點(diǎn)的反響速度也就不同。哪個(gè)當(dāng)?shù)亻L的快,鋰離子的傳輸間隔就越短,鋰的堆積速度就越來越快,這便是鋰枝晶成長的原因。
當(dāng)然,正負(fù)極之間的間隔不相同,電流的散布也就不相同,這也是導(dǎo)致鋰枝晶成長的重要原因。顯然,這些因素在實(shí)踐電池中是很難防止的,因而,枝晶成長引起的鋰的可充性問題不能說沒有辦法,而是現(xiàn)在還很難找到有效的方法。
第三個(gè)問題便是鋰硫電池的體積能量密度比較低,可能僅與磷酸鐵鋰離子電池相當(dāng)。由于硫是絕緣體,讓它導(dǎo)電、讓它反響、讓它分散,就有必要選用很多高比外表的碳,導(dǎo)致硫/碳復(fù)合資料的密度十分小;此外,硫的反響是先溶解再堆積,所以電極上有必要存在很多的液相傳輸通道。
而現(xiàn)在大部分鋰硫電池硫電極極片是不能壓的,涂的什么樣的就什么樣,孔隙率特別高,所以其體積能量密度十分低。有關(guān)車來說,特別是乘用車來說,當(dāng)能量密度到達(dá)必定值后,體積能量密度就更為重要了,由于乘用車沒有那么多當(dāng)?shù)匮b電池。所以從這個(gè)意義來講,至少在車用動力領(lǐng)域,鋰硫電池是沒有什么期望的。
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