“我们八年前开始使用这些下一代电池化学。第一个充电周期很棒。到20周期,它是一块无用的金属,”工程与计算学院副教授比拉尔·扎哈布(Bilal El-Zahab)说。“我们必须成为电池窃窃私语者来解决他们的问题,因此在现阶段真正令人兴奋。”
锂硫 (Li-S) 电池被视为近期下一代锂电池的有希望的候选材料之一。然而,这些电池也存在某些缺点,例如由于多硫化物的溶解导致充电和放电过程中容量衰减迅速。本文成功合成了硫/金属氧化物 (TiO 2 和 SiO 2 ) 蛋黄壳结构,并利用该结构来克服这一问题并提高硫阴极材料的电化学性能。使用扫描电子显微镜 (SEM)、透射电子显微镜 (TEM) 和 X 射线衍射 (XRD) 技术对制备的材料进行了表征。结果表明,使用硫-SiO 2 和硫-TiO 2 蛋黄壳结构后电池性能显著提高。所得硫-TiO 2 电极具有较高的初始放电容量(>2000 mA h g −1 ),8 次充电/放电循环后的放电容量为 250 mA h g −1 ,库仑效率为 60% ,而硫-SiO 2 电极的初始放电容量低于硫-TiO 2 (>1000 mA h g −1 )。硫-SiO 2 电极在 8 次充电/放电循环后的放电容量为 200 mA h g −1 ,库仑效率约为 70%。所得恒电流结果表明硫-TiO 2 电极具有更强的防止硫及其中间反应产物溶解到电解质中的能力。
降低电池成本是制造商面临的最大挑战之一。目前电池的成本很大一部分来自镍和钴等金属的成本。8 相比之下,锂硫电池电极所用材料成本相对较低,硫是地球上最丰富的元素之一。锂硫电池规模经济的优势将在更广泛的商业化中实现,特别是在电解质的生产方面。预测表明,这可能会使锂硫电池的性能与锂离子电池相当,但价格不到一半。9 从电池中去除钴等过渡金属也是一个重要的考虑因素,因为采矿存在环境和道德问题,供应安全也存在不确定性。10
目前,锂离子电池 (LiB) 因其能量密度高、循环寿命长和可靠性好的优点而在储能设备中占据主导地位 [1,2]。为了满足电动汽车 (EV) 等新兴应用的需求,迫切需要开发新的储能技术 [3,4]。锂硫电池 (LiSB) 被认为是下一代储能装置之一,因为其能量密度优势超越了最先进的商业化 LiB [5-8]。此外,硫的储量丰富、环境友好和成本低廉使得 LiSB 在工业应用方面更具吸引力 [9-11]。然而,LiSB 的商业化需要解决一些问题,包括硫的利用有限、循环过程中体积变化大以及穿梭效应 [11-15]。人们已经付出了大量的努力来应对上述挑战。鼓舞人心的是,Ji 等人。开发了一种高度有序的多孔碳材料作为硫载体,以固定高阶锂多硫化物 (LiPS) (Li 2 S n ,n = 4, 6, 8) [16] 。从那时起,使用多孔碳作为硫的锚定材料已成为物理封装 LiPS 最流行的策略之一 [17,18] 。石墨烯纳米片因其优异的电导率/热导率和良好的柔韧性而被视为 LiSB 中很有前途的硫载体 [18 – 20] 。然而,非极性石墨烯和极性 LiPS 之间的物理相互作用太弱,不足以阻碍穿梭效应。为了克服这个问题
近年来,在高性能电池的开发中已经取得了巨大进步。大部分开发工作都集中在基于锂的电池上。引起锂兴趣的原因是它具有电动系列中金属的最高电位。随之而来的是,基于锂的电化学伴侣的理论能量密度高于其他夫妻。由于在工业和政府实验室中进行的研究和开发工作的结果,现在在实用硬件中实现了基于锂的电池的潜在好处。锂 - 硫和锂二夫妇正在开发用于次级(可充电)电池施用以及硫硫代氯化锂,硫硫硫氧化锂和五氧化锂五氧化氢锂是针对原始(非反射)电池供电的原始(非雷神)开发的。
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全球能源需求的不断增长以及化石燃料消耗引起的气候变化要求实施可再生能源技术。然而,风能和太阳能发电的间歇性要求可靠的能量储存。虽然二次电池由于其模块化和便携性而成为颇具吸引力的储能设备,但目前的电池技术,如锂离子电池 (LIB),尚未达到广泛采用所需的能量密度和低成本。在迄今为止研究的各种电池化学中,锂硫 (Li-S) 电池作为 LIB 的有前途的替代品脱颖而出。锂硫电池可以实现 2,572 Wh kg -1 的高理论重量能量密度,几乎比目前的 LIB 高一个数量级。硫的储量丰富且成本低廉也使 Li-S 电池比现有的钴基 LIB 更实惠、更环保。然而,由于一种众所周知的“穿梭效应”现象,Li-S 电池的循环性较差。 1–4 在放电过程中,正极经历多电子转化过程,其中元素硫被还原为可溶性 Li 2 S x (x = 4-8),然后终止于不溶性 Li 2 S。生成的可溶性多硫化物 (PS) 可以从正极浸出到电解质中,导致活性材料损失和电极表面钝化。这种穿梭效应导致容量衰减迅速、自放电率高和电池阻抗高。缓解多硫化物浸出的一种解决方案是在正极采用硫宿主材料。为了实现最佳的活性材料利用率和循环性能,应考虑硫宿主的极性、孔隙率和电导率,因为这些特性与其能力密切相关
摘要:在阴极上多硫化物的穿梭和阳极锂树突的不可控制的生长限制了锂 - 硫(Li -s)电池的实际应用。在这项研究中,设计和合成的镍 - 二二烯)和富含N的三嗪中心(即NIS 4-TAPT)的镍 - 双(二硫烯)和富含N的三氮中心(即NIS 4-TAPT)的金属配位3D共价有机框架(COF)。NIS 4中的丰富的NI中心和N位点可以大大增强多硫化物的吸附和转化。同时,Ni -bis(二硫烯)中心的存在使Li阳极均匀的Li成核使Li成核抑制了Li dendrites的生长。这项工作证明了整合催化和吸附位点的有效性,以优化宿主材料与氧化还原活性中间体之间的化学相互作用,从而有可能促进金属协调的COF材料的合理设计用于高性能二级电池。■简介
到 2030 年 阿姆斯特丹和德克萨斯州休斯顿 – 2024 年 12 月 5 日 – Stellantis NV 和 Zeta Energy Corp. 今天宣布了一项联合开发协议,旨在推进电动汽车应用的电池技术。此次合作旨在开发具有改变游戏规则的重量能量密度的锂硫电动汽车电池,同时实现与当今锂离子技术相当的体积能量密度。对于客户而言,这意味着电池组可能重量更轻,但可用能量与当代锂离子电池相同,从而实现更大的续航里程、更好的操控性和更高的性能。此外,该技术还有望将快速充电速度提高 50%,使电动汽车的拥有更加便捷。预计锂硫电池每千瓦时价格将不到目前锂离子电池的一半。Stellantis 首席工程和技术官 Ned Curic 表示:“我们与 Zeta Energy 的合作是我们推进电气化战略的又一步,我们致力于提供清洁、安全和价格合理的汽车。” “锂硫等突破性电池技术可以支持 Stellantis 实现 2038 年实现碳中和的承诺,同时确保我们的客户享受最佳续航里程、性能和经济实惠。” “我们非常高兴能与 Stellantis 合作开展这个项目,”Zeta Energy 首席执行官 Tom Pilette 表示。“Zeta Energy 的锂硫电池技术与 Stellantis 在创新、全球制造和分销方面无与伦比的专业知识相结合,可以显著提高电动汽车的性能和成本状况,同时提高电池和电动汽车的供应链弹性。” 这些电池将利用废料和甲烷生产,二氧化碳排放量远低于任何现有电池技术。Zeta Energy 电池技术旨在在现有的超级工厂技术内制造,并将利用欧洲或北美的短而完全国内的供应链。
摘要:锂硫(LI-S)电池代表了一种有希望的下一代电池技术,因为它可以达到高能密度,而无需含有锂之外的任何稀有金属。与锂离子电池(LIBS)相比,从环境和资源的角度来看,这些方面可以从环境和资源的角度使Li-S电池成为有利的位置。目前大规模生产LIB,而Li-S电池则没有。因此,使用前瞻性生命周期评估(LCA)来评估大规模生产的LI-S电池的环境和资源稀缺影响,以构成摇篮到门口和摇篮到摇篮的范围。构建了六个方案,以解释潜在的发展,总体目的是确定减少(未来)环境和资源影响的参数。特定的能量密度和电解质盐的类型是减少摇篮到门的两个最重要的参数,而对于摇篮到宽度的范围,电力源,循环寿命,并且再次是特定的能量密度,是最重要的。此外,我们发现Li-S电池的水透明铝回收利用可能有益于降低矿产资源的影响,但不一定有助于降低其他环境影响。关键字:锂硫电池,大规模储能,生命周期评估,回收,气候变化■简介