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電動汽車的福音：廉價高功率的鋰硫電池

發(fā)布日期：2014-06-10 瀏覽次數 ：1012

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電動汽車能否真正上路，關鍵的因素就是續(xù)駛里程的提高。目前，各大汽車廠商在汽車動力方面的研究，大多集中在電池這一環(huán)節(jié)。不可否認，電池作為電動汽車的動力源，理應擺在重要的位置。

 近日，美國標準與技術研究所（NIST）、亞利桑那大學和韓國爾國立大學的研究人員攜手，研制出了一種廉價、高功率的鋰硫電池。研究人員表示，新電池的性能可與目前市場上占主流的電池相媲美，而且，經過500次充放電循環(huán)后功能無損。有望為電動汽車帶來福音。
 

  過去數十年來，鋰離子電池的能量密度不斷提高，廣泛應用于智能手機等領域。但鋰離子電池需要笨重的陰（一般由氧化鈷等材料制成）來“收納”鋰離子，限制了電池能量密度的進一步提高。這意味著，對諸如長距離電動汽車等需要更大能量密度的應用來說，鋰離子電池有點力不從心。

 因此，科學家們將目光投向了鋰離子電池更纖瘦的“表妹”——鋰硫電池身上，后者的陰主要由硫（石油工業(yè)廉價的副產品）制成。硫的“體重”僅為鈷的一半，因此，同樣體積的硫收納的鋰離子數為氧化鈷的兩倍，這就使得鋰硫電池的能量密度為鋰離子電池的數倍。

 但硫陰也有兩大劣勢：先，硫容易與鋰結合，形成的化合物會結晶；其次，不斷的充放電循環(huán)使硫陰容易破裂，因此，一塊典型的鋰硫電池經過幾次循環(huán)就成了無用之物。

  據報道，在新研究中，為了制造出穩(wěn)定的硫陰，研究人員將硫加熱到185攝氏度，將硫元素由8個原子組成的環(huán)路融化成長鏈，隨后，他們讓硫鏈同二異丁烯（DIB，一種碳基塑料前體）混合，二異丁烯讓硫鏈連接在一起，終得到了一種混合聚合物。他們將這一過程稱為“逆向硫化”，因為其同制造橡膠輪胎的過程類似，關鍵的區(qū)別在于：在輪胎中，含碳材料會聚集成一大塊，硫則點綴其中。

  科學家們解釋道，添加二異丁烯使硫陰不那么容易破碎，也阻止了鋰硫化合物結晶。研究表明，硫和二異丁烯的混合為二異丁烯占總質量的10%到20%。如果太少，無法保護陰；如果太多，電化學性能不活躍的二異丁烯會降低電池的能量密度。

  測試表明，經過500次循環(huán)后，電池的能量密度仍為初的一半多。亞利桑那大學的化學家杰弗里·佩恩表示，其他還處于實驗階段的鋰硫電池也有同樣的性能，但其制造成本高昂，很難進行工業(yè)化生產。

 NIST的材料科學家克里斯托弗·索爾斯表示，盡管如此，這種鋰硫電池短期內也不會上市，硫暴露在空氣中很容易燃燒，因此，任何經濟可行的鋰硫電池都需要經過非常嚴苛的安全測試，才能投放市場。