img

基金

该图显示了锂 - 硫电池单元循环过程中复杂离子簇的形成

簇由阳离子聚合物粘合剂,电池电解质和阴离子硫活性材料组成(Credit:Berkeley Lab)锂硫电池是有希望的候选者

取代电动汽车中的普通锂离子电池,因为它们更便宜,重量更轻,并且可以在相同质量下储存几乎两倍的能量

然而,锂硫电池随着时间的推移变得不稳定,并且它们的电极恶化,限制了广泛采用现在,由美国能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的科学家领导的研究小组报告说,与传统的锂硫电池相比,新的锂硫电池组件可以使容量翻倍,即使在超过100次充电之后在高电流密度下循环,这是它们在电动汽车(EV)和电动汽车中采用的关键性能指标他们通过设计一种新型聚合物粘合剂来实现这一目标,该聚合物粘合剂主动调节锂 - 硫电池中的关键离子传输过程,并且还展示了它在分子水平上的作用

最近在Nature Communications报道了这项工作“新聚合物起到了作用伯克利实验室分子铸造厂的研究员兼研究的相应作者布雷特赫尔姆斯说:“硫被加载到碳主体的孔隙中,然后由我们的聚合物密封,因为硫参与了电池的化学反应,聚合物可防止带负电的硫化合物徘徊

电池有望实现下一代电动汽车“当锂硫电池储存和释放能量时,化学反应会产生与电极断开的硫的活动分子,导致它降级并最终降低电池容量随着时间的推移使这些电池更稳定,研究传统上,他们一直致力于为其电极开发保护涂层,并开发新的聚合物粘合剂,作为将电池组件固定在一起的粘合剂

这些粘合剂旨在控制或减轻电极的膨胀和开裂新的粘合剂更进一步研究人员从伯克利实验室的有机合成设施分子铸造厂是一家专注于纳米科学的研究中心,设计了一种聚合物,通过选择性地结合硫分子,抵抗其迁移倾向,使硫紧靠电极,下一步是了解动态结构在充电和放电期间以及不同充电状态下可能发生的变化David Prendergast(负责铸造理论设施)和Tod Pascal(理论设施的项目科学家)建立了一个模拟测试研究人员的假设聚合物的行为“我们现在可以可靠和有效基于对溶解含硫产品的详细量子力学模拟的学习,巧妙地模拟了这些粘合剂中的硫化学,“Prendergast说明了他们在伯克利实验室国家能源研究科学计算中心(NERSC)的超级计算资源上进行的大规模分子动力学模拟,证实该聚合物具有结合移动硫分子的亲和力,并且还预测该聚合物可能表现出优选在电池的不同充电状态下结合不同硫物种的实验在伯克利实验室的高级光源和Argonne National进行的实验实验室的电化学发现实验室证实了这些预测研究小组进一步研究了用新型聚合物粘合剂制成的锂 - 硫电池的性能通过一系列实验,他们能够分析和量化聚合物如何影响化学反应硫阴极中的处理率,这是实现这些电池的高电流密度和高功率的关键通过长期循环使电池的电容几乎翻倍,新型聚合物提高了锂硫电池容量和功率的标准对新聚合物的合成,理论和特性的综合理解使其成为DOE能量储存研究联合中心(JCESR)的原型锂硫电池的关键组成部分:Longjun Li,et al,“主动调节硫阴极中离子传输的聚电解质粘合剂的分子理解”,Nature Communications 8,货号:2277(2017)doi:101038 / s41467-017-02410-6资料来源:Glenn Roberts Jr,Berkeley Lab

News