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          URC研發硅硫燃料電池架構 提升鋰離子電池性能
          發布時間:2017-12-25   瀏覽量:

          黑科技,前瞻技術,鋰電池硅硫電極,燃料電池硅硫架構,硅硫燃料電池研發

          據外媒報道,加州大學河濱分校(University of California, Riverside,URC)伯恩斯工程學院(Bourns College of Engineering)的研究人員研發了新技術,利用硫電極及硅電極制造了高性能的鋰離子電池。

          該款硅硫燃料電池(SSFC)架構逐步將受控純鋰離子整合到電池系統中,在C/10條件下,充放電250次后,其能量密度仍高達350 Wh/kg。

          硫是一款非常具有吸引力的陰極材料,理論容量(theoretical capacity)為1675 mAh/g。然而,由于硫存在體積膨脹(volumetric expansion)、導電性不良等先天性缺陷,硫電極的應用發展較為遲緩。幸運的是,URC的研發人員發現了多種新方法緩解上述問題。這類產品方案的性能極具前景,但會導致硫周邊發熱。

          目前的陽極材料通常選擇硅,其理論容量高達4200 mAh/g,而硅則面臨兩大挑戰,導電性不良及體積膨脹。為此,研究人員采用了納米硅結構、導電劑(conductive additives)及粘合劑(binders)等方法,最終解決了上述問題,為燃料電池制備了硫陰極及硅陽極。

          目前,研究人員利用硫化鋰(lithium sulfide)或硅化鋰等預鋰化(pre-lithiated)材料,使燃料電池的能量密度高達600?Wh/kg。然而,這類燃料電池的充放電次數通常很短,一般不足50次,且該類材料還需要采用專用設備,在加工時也存在諸多限制條件。

          為創建新架構的SSFC,該團隊在傳統燃料電池架構的技術上新增了一片鋰箔(lithium foil),使鋰箔能與集電器(current collector)發生接觸,在充放電時將鋰箔整合到燃料電池體系中,從而控制鋰離子的嵌入量。

          在半電池(half cells)中,將采用純鋰作為陽極材料,這將引起用戶對枝狀晶體生長(樹突形成,dendrite formation)及鋰腐蝕等安全性問題的擔憂。在全電池(full-cell)模式下,可用硅來制作陽極,可緩解因純鋰陽極所引發的安全問題,同時確保燃料電池獲得所需的高電量。

          該方法使得受控的鋰載荷可彌補固體電解質界面膜(SEI)形成及鋰降解,提升燃料電池的循環壽命(cycle life)。此外,該電池還采用了交流阻抗(EIS)、循環伏安法(CV)及恒電流間歇滴定法(GITT)等多種方法。該研究將為未來的硅硫燃料電池的研發奠定基礎。

          該研究資金來自于UCR及Vantage Advanced Technologies公司,該大學的技術商業化辦公室還為此申請了一項發明專利。

           

          (文章來源:蓋世汽車網

           



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