液体锂硫和锂硒电池采用固体电解质 能量密度高达500Wh/kg

据外媒报道，郑州大学、清华大学和斯坦福大学的研究人员正在合作开发液体锂硫和锂硒电池系统。这两种类型的电池使用固体电解质，能量密度预计超过500wh/kg和1000wh/l，具有较低的能源成本和良好的电化学循环稳定性，有望应用于大规模储能等领域。这些电池使用Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12陶瓷管作为电解质，完全分离正极和负极，并在240摄氏度的环境中工作。工作温度高于锂的熔点，可以有效抑制多硫化物或硒化物的穿梭效应，限制锂枝晶的生长，从而提高能量密度，加速充放电能力，提高库仑效率和能量效率，进一步保持稳定性。目前，最先进的锂离子电池的能量密度分别低于300wh/kg和750Wh/L。硫和硒被认为是取代锂离子电池中商业金属氧化物正极的重要候选材料。由于这些材料具有高容量，当锂化为Li2S时为1670mAh/g，当锂化成Li2Se时为675mAh/g。理论上，它可以提供高能量密度，锂硫电池为2600Wh/kg和2800Wh/L，锂硒电池为1160 Wh/kg和2530 Wh/L。此外，材料成本相对较低，锂硒电池成本为41美元/千瓦时，锂硫电池成本为15美元/千瓦小时。由于硫和硒被用作电池电极，锂硫和锂硒电池的研究备受关注。先前的研究主要集中在具有固态锂金属负极、固态硫或硒正极以及液态有机电解质的电池上。然而，由于使用固体锂金属和液体有机电解质，上述电池结构存在一定的问题：循环不稳定，库仑效率低，因为在液体有机电解质中，短链Li2Sx或Li2Sex的溶解会引起穿梭效应；液态有机电解质是高度易燃的，很容易引起安全问题；锂负极经历树枝状生长和与电解质的副反应。郑州大学的金教授和其他人表示“在充放电过程中，固体硫和硒的体积变化显著，导致活性硫和硒从收集器中分离，导致循环不稳定，降低了硫和硒利用率。这些问题严重阻碍了锂硫和锂硒电池的发展。“SELL-S和SELL-Se电池包含液态锂金属负极、含炭黑的熔融S或Se正极以及LLZTO陶瓷管电解质。锂金属负极位于LLZTO管中，其中插入不锈钢棒作为负极集电器。将含炭黑导电添加剂的S正极插入不锈钢并通过LLZTO管将其与锂负极物理和电子分离。同时，不锈钢圆柱体作为正极集电器。熔化S和Se所需的导电碳仅占电极总重量的10%，因此固定负载最小。

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