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丰田研发新型纳米硫阴极材料提升锂电池充放电效率

2017-07-20 14:22:41

近日，丰田北美研究所（TRINA）的科研小组开发出了1种新型锂电池纳米硫阴极材料，这类材料采取了类似于块菌的结构，其中包括嵌入空心碳纳米球体的硫粒子和密封柔性叠层（LBL）纳米膜碳导体。

目前TRINA已在英国皇家化学学会（RSC）《能源与环境科学》期刊中发表了论文。在论文中，研究人员指出，新型纳米硫阴极材料（65%的终究硫载荷）可以在2C高速率条件下工作（1C对应1小时完全充电或放电），并可完成超过500个充放电循环，库仑效力（即充放电效力）几近到达100%。

在全部化学反应进程中，由于叠层纳米膜碳导体可以自行组合，因此针对纳米硫阴极材料表面特性而构成布局有序的超份子结构会遭到极大影响。具有粘合能力且能够与溶剂产生反应的任何材料（离子或氢键）都可以通过叠层的方式转化为多份子层结构。上述结果表明，对其它低导电率电池阴极而言，未来这类新型纳米硫阴极材料将成为较为理想的解决方案。

纳米硫阴极材料可以带来高达1672毫安/克的理论容量，这对下1代电池来讲很有吸引力。不过在实际利用中，高电阻、低载荷活性物资和充放电时电解质中间聚硫化物分解等问题依然带来了不小的挑战，这些问题会致使库仑效力降落、电池容量消耗加快，同时也会产生自放电现象。

此前，很多科研小组1直在探索采取聚合物电解质、纳米涂层和纳米膜来禁止聚硫化物分解，从而提升锂硫电池的性能。而TRINA研究人员经过量次实验后发现，虽然基于聚合物的电解质可以被用来禁止聚硫化物分解，不过其传导率相比普通基于液体的电解质明显下降，这也使得实现高效的放电率难上加难。

当在复合材料或纳米涂层中使用聚合物后，硫阴极的循环特性有所改良。另外，聚合物可以为硫阴极提供1个在充电和放电之间自由调理容量的弹性框架。与此同时，TRINA科研小组在锂电池纳米硫阴极材料中采取的全新结构也能够抑制中间聚硫化物的分解，减少碳导体生成等问题。