科学家研发新型阴极制备法 让储能超10倍的锂硫电池取代锂离子电池

据外媒报道，新加坡科技学院纳米生物学实验室的科学家开发了一种制备下一代锂硫电池正极的新方法，简化了耗时复杂的锂硫电池负极生产过程。这项研究表明，锂硫电池有商业化的希望，并解决了行业内的一个挑战，即需要一种实用的方法来大规模生产能够提高电池性能的材料。

虽然人们普遍认为锂离子电池是一种先进技术，可以有效地为现代通信设备提供电力，但它们存在内部电化学性能不稳定、存储容量有限和安全性不足等缺点。然而，NBL研究团队开发了一种新的简化技术，可以用廉价的商业材料开发锂硫电池阴极，从而改变现状。理论上，高能量密度、低成本和丰富的硫储量有助于锂硫电池系统的普及，从而取代锂离子电池。理论上，锂硫电池可以储存比锂离子电池多10倍的能量，但到目前为止，这种电池无法重复充电或放电。NBL开发的锂硫电池正极显示出良好的比容量，高达1220mAh/g，这意味着每1g正极材料可以储存1220mAh的电荷。相比之下，典型的锂离子电池阴极的比容量为140mAh/g。此外，NBL的锂硫电池的阴极在200多次充电循环后保持高容量，最大限度地减少了性能损失。实现这一性能的关键是NBL采用了独特的两步阴极制备方法。

在添加硫之前，研究人员构建了一个碳支架，以获得3D互连的多孔纳米材料。与制备阴极的传统方法不同，这种方法可以防止电池充电过程中碳载体的坍塌。在电池充电和放电的早期阶段，传统方法制备的阴极碳载体会坍塌，导致整个电池结构发生变化。最终，与NBL电池相比，传统阴极的密度变得更高，表面积变得更小，孔隙变得更小，导致电池的性能更低。事实上，NBL阴极的比容量比传统方法制备的硫阴极高48%，容量衰减率降低了26%。如果向阴极中添加更多的硫，NBL阴极的实际表面积容量可以达到4mAh/平方厘米。NBL的研究人员不仅在设计和优化阴极，还利用纳米材料工艺来设计和优化阳极、电池隔膜和电解质。研究人员的目标是开发一个完整的锂硫电池系统。与传统的锂离子电池相比，该系统将具有更强的储能能力和更长的电池寿命，这将为电子设备、电动汽车和电网储能带来巨大的好处。

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