化学工程师找到新方法中引入硫锂离子电池
美国对电动汽车日益增长的需求已经阐明的重大挑战可持续采购所需的电池技术广泛从化石燃料转向可再生电力。希望生产电池,不仅执行优于目前使用的电动汽车,而且是用现成的材料,一群德雷塞尔大学的化学工程师已经找到一种方法中引入硫锂离子电池——以惊人的结果。欧洲杯足球竞彩
与全球电动汽车的销量在2021年的两倍多,电池材料的价格像锂、镍、锰和钴飙升,这些原材料的供应链,其中大多数是来自其他国家,由于大流行成为瓶颈欧洲杯足球竞彩。这也集中关注的主要供应商原材料:刚果和中国等国家;欧洲杯足球竞彩和质疑提取他们从地球上的人类和环境的影响。
之前EV飙升和电池材料短缺,开发一个商业上可行的硫电池电池行业的可持续发展,高性能的白鲸。这是因为硫的天然丰度和化学结构,使其存储更多的能量。德雷克塞尔大学的研究人员最近的一项突破性的工程,在杂志上发表通信化学,提供了一种方法来避开障碍,减弱Li-S电池过去,最后把受欢迎的技术在商业范围。
他们的发现是一种新的生产方式和稳定的一种罕见的功能在碳酸盐岩电解质-硫;商业锂离子电池中使用的能量输送液体。这种发展不仅会使硫电池商业化,但他们会三次锂离子电池的容量和4000多个充电——相当于十年的使用;也大幅提高。
“硫已经非常理想的用于电池数年,因为它是地球上充足,可以收集在一种安全、环保的方式,正如我们现在所表明的一样,它也有可能提高电池在电动汽车的性能和移动设备在商业上可行的方式,”德雷克斯的说Vibha卡尔拉博士乔治·b·弗朗西斯椅子教授大学的化学和生物工程系,谁领导了这项研究。
硫引入的挑战与商业友好的碳酸锂电池电解液硫中间产品之间一直是一个不可逆的化学反应,称为多硫化合物和碳酸盐电解质。因为这个不良反应,以前曾试图使用硫阴极与电解质溶液碳酸导致电池几乎立即关闭,电池的彻底失败后一个周期。
Li-S电池已经演示了非同一般的表现在实验设置使用一个醚电解质-;而不是碳酸-;因为与聚硫醚不反应。但这些电池不会在商业上可行,因为醚电解质是高度不稳定的和有分量的沸点低至42摄氏度,这意味着任何变暖室温以上的电池可能会导致失败或崩溃。
“在过去的十年里,大多数Li-S领域采用乙醚电解质与碳酸盐避免不良反应,“卡尔拉说。“那么多年来,研究人员做事投入到加强ether-based硫电池性能降低被称为聚硫/扩散-航天飞机;但该领域完全被忽视的事实醚电解质本身就是一个问题。在我们的工作中,主要目标是取代醚碳酸,但这样做我们也消除多硫化合物,也意味着没有穿梭,所以电池可以通过成千上万的周期中表现得非常好。”
先前的研究卡尔拉的团队也接近这样的问题——生产阴极碳纳米纤维,延缓了航天飞机效应ether-based Li-S电池通过减少中间聚硫化物的运动。但改善阴极的商业路径,集团意识到它需要让他们函数与一个商业上可行的电解质。
碳酸“有一种有效的阴极与电解质,它们已经使用商业制造商是阻力最小的路径,”卡尔拉说。”,而不是推动行业采用新电解液,我们的目标是使阴极可以预先存在的锂离子电解质体系的工作。”
所以,希望消除聚硫化物的形成,以避免不良反应,团队试图限制硫碳纳米纤维阴极衬底使用气相沉积技术。虽然这个过程没有成功嵌入纳米纤维网格内的硫,它做了一件非同寻常的事,发现自己当团队开始测试阴极。
“当我们开始测试时,它开始运行漂亮——我们没有预料的。事实上,我们测试了一遍又一遍地-超过100次;以确保我们真正看到我们以为自己看到了什么,”卡尔拉说。“硫阴极,我们怀疑会导致反应停止,表现非常好,一次又一次的这样做不会造成穿梭。”
进一步研究后,研究小组发现,在沉淀过程中硫碳纳米纤维表面;改变它从气体固体-;它固定在一个意想不到的方式,形成了略微不同的元素,称为单斜相硫。硫的化学阶段,这不是与碳酸盐反应电解质,此前只在实验室和在高温下被创建在自然界中只有被观察到在油井的极端环境。
“起初,很难相信这是我们检测,因为在所有先前的研究单斜硫一直稳定在95摄氏度下,“拉胡尔Pai说博士生在化学和生物工程系和研究的合著者。”在上个世纪只有为数不多的研究,生产单斜γ硫约20 - 30分钟后,它才稳定。但我们创造了它的阴极进行成千上万的充放电周期没有减少性能;一年后,我们检查结果表明,化学阶段仍然是一样的。”
经过一年多的测试后,硫阴极保持稳定,随着小组报告,4000年其性能并没有退化的充放电循环,相当于十年的正常使用。正如预测的那样,电池的容量锂离子电池的三倍还多。
“虽然我们仍在努力理解背后的确切机制的创建在室温下稳定的单斜硫,这仍然是一个令人兴奋的发现和一个可以打开的门为发展更可持续的和可负担得起的电池技术,”卡尔说。
取代锂离子电池的阴极与硫的缓解需要采购钴、镍和锰。这些原材料的供应是有限的,不容易提取不会导致欧洲杯足球竞彩健康和环境危害。硫磺,另一方面是发现在世界各地,并存在大量quanties在美国,因为它是一个浪费石油生产的产物。
卡尔拉认为,拥有一个稳定的硫阴极,在碳酸盐岩电解液功能,还将允许研究人员在检查前进替代锂阳极的能源,其中可能包括更多的地球上充足的选择,像钠。
“摆脱依赖锂和其他材料昂贵,难以从地球是一个至关重要的一步发展的电池和扩大使用可再生能源的能力,”欧洲杯足球竞彩卡尔拉说。“发展一个可行的Li-S电池打开许多路径来替换这些材料。”欧洲杯足球竞彩
来源:https://drexel.edu/
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