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從鉬和硫開(kāi)發(fā)新的“混合”陰極可以增加未來(lái)鋰離子電池的重量和體積能量密度。電期間存儲(chǔ)鋰離子的正電極。陽(yáng)極是負(fù)電極,其中鋰離子在充電循環(huán)期間被儲(chǔ)存。第三組分是電解質(zhì),其允許鋰離子在兩個(gè)電極之間自由移動(dòng)。在商用鋰離子電池單元中,陽(yáng)極通常由碳石墨層制成,其可以在稱為嵌入的過(guò)程中保持鋰離子。電解質(zhì)通常是有機(jī)液體材料,陰極由過(guò)渡金屬氧化物制成。
鋰離子電池的所有三個(gè)組件都經(jīng)過(guò)深入研究,以尋找不僅增加每磅能量輸出(重量能量密度),而且增加每升能量(體積能量密度)的方法。這兩個(gè)目標(biāo)通常很難同時(shí)實(shí)現(xiàn)。ADM多倫多的設(shè)計(jì)與制造提供了一個(gè)獨(dú)一無(wú)二的機(jī)會(huì),可以將供應(yīng)商與尋求最新創(chuàng)新,產(chǎn)品和解決方案的買(mǎi)家聯(lián)系起來(lái)。使用安大略省蓬勃發(fā)展的制造業(yè)的銷售線索填補(bǔ)您的銷售渠道。設(shè)計(jì)與制造展,2019年6月6日至6日,多倫多會(huì)議中心。
麻省理工學(xué)院最近發(fā)布的新聞稿描述了麻省理工學(xué)院和中國(guó)的研究人員為開(kāi)發(fā)新版陰極而開(kāi)展的工作。在發(fā)布中,該團(tuán)隊(duì)將他們的概念描述為“混合”陰極。這是因?yàn)樗Y(jié)合了兩種不同方法的方面來(lái)增加重量能量密度和體積能量密度。新的陰極結(jié)合了一種稱為Chevrel相的硫化鉬和純硫,結(jié)果表明,重量和體積能量密度都可以實(shí)現(xiàn)。
在典型的鋰離子電池中,陰極由過(guò)渡金屬氧化物制成,例如鋰鈷氧化物,并且已知為插層型。根據(jù)麻省理工學(xué)院的新聞稿,插層陰極可以“......提供高體積能量密度 - 由于它們的高密度,每體積包裝很多。這些陰極可以保持其結(jié)構(gòu)和尺寸,同時(shí)將鋰原子結(jié)合到它們的晶體結(jié)構(gòu)中。“
還有另一種類型的陰極,稱為轉(zhuǎn)化型,使用硫在結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)化,甚至可以暫時(shí)溶解在電解質(zhì)中。“從理論上講,這些[電池]具有非常好的重量能量密度,”麻省理工學(xué)院核科學(xué)與工程教授,材料科學(xué)與工程學(xué)教授朱莉說(shuō)。“但體積密度很低,”部分是因?yàn)樗鼈兺枰罅款~外的材料,包括過(guò)量的電解質(zhì)和碳,用于提供導(dǎo)電性,“他在新聞稿中補(bǔ)充道。
在他們的新混合系統(tǒng)中,研究人員已設(shè)法將這兩種方法結(jié)合到一個(gè)新的陰極中,這似乎可以改善兩種能量密度。他們使用硫化鉬和純硫的顆粒并壓縮它們以制造固體陰極。“它就像底漆和TNT一樣是爆炸性的,一種速效的,一種是每重量能量更高的一種,”李說(shuō)。
組合材料的導(dǎo)電性也相對(duì)較高,這減少了對(duì)通常提供導(dǎo)電性所需的碳的需求。Li表示,典型的硫陰極由20%至30%的碳組成,但新版本僅需要10%的碳。
新的混合陰極提供令人鼓舞的結(jié)果。據(jù)新聞報(bào)道,“今天的商用鋰離子電池的能量密度約為每千克250瓦特小時(shí)和每升700瓦特小時(shí),而鋰硫電池最高可達(dá)每千克400瓦特小時(shí),但僅限于每升400瓦時(shí)。Li說(shuō),新版本的初始版本尚未通過(guò)優(yōu)化過(guò)程,已經(jīng)達(dá)到每公斤超過(guò)360瓦時(shí)和每升581瓦時(shí)。在這些能量密度的組合方面,它可以擊敗鋰離子電池和鋰硫電池。“
隨著進(jìn)一步的工作,李說(shuō),“我們認(rèn)為我們可以達(dá)到每公斤400瓦時(shí)和每升700瓦時(shí),”后者的數(shù)字與鋰離子相當(dāng)。結(jié)果看起來(lái)很有希望的一個(gè)原因是研究的方式。該團(tuán)隊(duì)不再測(cè)試容量?jī)H為幾毫安時(shí)的小型紐扣電池,而是生產(chǎn)出容量超過(guò)1,000毫安時(shí)的三層袋式電池。通過(guò)構(gòu)建與某些商用電池(如電動(dòng)汽車中使用的電池)相當(dāng)?shù)臏y(cè)試電池,他們能夠更好地評(píng)估新型混合陰極的性能。進(jìn)一步的工作將包括改善電池在失去太多電力之前可以經(jīng)歷的充電 - 放電循環(huán)次數(shù)。李說(shuō),“......不是陰極的問(wèn)題”;它與整體電池設(shè)計(jì)有關(guān),
高級(jí)編輯凱文克萊門(mén)斯30多年來(lái)一直在撰寫(xiě)有關(guān)能源,汽車和交通主題的文章。他擁有材料工程和環(huán)境教育碩士學(xué)位以及機(jī)械工程博士學(xué)位,專攻空氣動(dòng)力學(xué)。他在他的工作室里建立了幾個(gè)關(guān)于電動(dòng)摩托車的世界陸地速度記錄。
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