從鉬和硫開發(fā)新的混合陰極可以增加未來鋰離子電池的重量和體積能量密度

從鉬和硫開發(fā)新的“混合”陰極可以增加未來鋰離子電池的重量和體積能量密度。鋰離子電池由三個主要部分組成。陰極是在放電期間存儲鋰離子的正電極。陽極是負電極，其中鋰離子在充電循環(huán)期間被儲存。第三組分是電解質(zhì)，其允許鋰離子在兩個電極之間自由移動。在商用鋰離子電池單元中，陽極通常由碳石墨層制成，其可以在稱為嵌入的過程中保持鋰離子。電解質(zhì)通常是有機液體材料，陰極由過渡金屬氧化物制成。

鋰離子電池的所有三個組件都經(jīng)過深入研究，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。這兩個目標通常很難同時實現(xiàn)。Amphenol正弦系統(tǒng)ATV Series™重載連接器具有18位腔體布置，耐用的熱塑性外殼，法蘭安裝或直列式功能，用于配合的集成閂鎖和一體式界面密封。

麻省理工學院最近發(fā)布的新聞稿描述了麻省理工學院和中國的研究人員為開發(fā)新版陰極而開展的工作。在發(fā)布中，該團隊將他們的概念描述為“混合”陰極。這是因為它結(jié)合了兩種不同方法的方面來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現(xiàn)。

在典型的鋰離子電池中，陰極由過渡金屬氧化物制成，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，”麻省理工學院核科學與工程教授，材料科學與工程學教授朱莉說。“但體積密度很低，”部分是因為它們往往需要大量額外的材料，包括過量的電解質(zhì)和碳，用于提供導(dǎo)電性，“他在新聞稿中補充道。

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。

組合材料的導(dǎo)電性也相對較高，這減少了對通常提供導(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瓦特小時和每升700瓦特小時，而鋰硫電池最高可達每千克400瓦特小時，但僅限于每升400瓦時。Li說，新版本的初始版本尚未通過優(yōu)化過程，已經(jīng)達到每公斤超過360瓦時和每升581瓦時。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。“

隨著進一步的工作，李說，“我們認為我們可以達到每公斤400瓦時和每升700瓦時，”后者的數(shù)字與鋰離子相當。結(jié)果看起來很有希望的一個原因是研究的方式。該團隊不再測試容量僅為幾毫安時的小型紐扣電池，而是生產(chǎn)出容量超過1,000毫安時的三層袋式電池。通過構(gòu)建與某些商用電池(如電動汽車中使用的電池)相當?shù)臏y試電池，他們能夠更好地評估新型混合陰極的性能。進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，“......不是陰極的問題”;它與整體電池設(shè)計有關(guān)，

高級編輯凱文克萊門斯30多年來一直在撰寫有關(guān)能源，汽車和交通主題的文章。他擁有材料工程和環(huán)境教育碩士學位以及機械工程博士學位，專攻空氣動力學。他在他的工作室里建立了幾個關(guān)于電動摩托車的世界陸地速度記錄。