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“纤维薄膜”帮助锂硫电池扫清一切障碍 容量5倍于锂离子电池
根据密歇根大学研究人员的说法,新设备的效率接近理论极限,而容量是标准锂离子电池的5倍。例如,这可能会使电动汽车在不需要充电的情况下可以行驶5倍的距离。

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,据报道,锂硫电池的存储容量是目前锂离子电池的5倍,因此科学家们对锂硫电池产生了浓厚的兴趣,而密歇根大学(the University of Michigan)的一个团队已经朝着实现其现实世界的潜力迈出了一步。

据悉,这一突破的关键在于一种自然激发的薄膜,它克服了稳定性问题,并为电池提供了一个“近乎完美”的设计,使其能够持续使用一千多次循环。这项研究成果已于近期发表在了《自然通讯》杂志上。

研究小组的负责人Nicholas Kotov说,“有很多报告声称锂硫电池可以循环使用几百次,但这是以牺牲容量、充电率、复原力和安全性等其他参数为代价的。现在的挑战是,如何将电池的循环率从以前的10次提高到数百次,并满足包括成本在内的多种要求。”

为了应对这个挑战,Kotov和他的同事们转向芳纶纳米纤维,这是一种凯夫拉纤维的纳米级版本,他们将其精心设计成模拟细胞膜结构的网络。这种材料被注入了一种电解质凝胶,阻止了电池失效的常见原因,即在一个电极上形成一种叫做枝晶的针状生长物。

不过,这种新型薄膜的好处远不止于此。锂硫电池在循环过程中,被称为锂多硫化物的锂和硫的小颗粒会流到锂中,影响设备的容量。为了解决这个问题,该团队在人工薄膜上集成了微小的、受生物启发的通道,并添加了电荷,这可以排斥上述粒子,同时允许带正电荷的锂离子自由流动。

该研究论文的共同第一作者Ahmet Emre说:“受生物离子通道的启发,我们为锂离子设计了‘高速公路’,多硫化锂不能通过‘收费站’。”

根据Kotov的说法,这种离子选择性的结果是一种“近乎完美”的设计的锂硫电池。他说,该设备的效率接近理论极限,而容量是标准锂离子电池的5倍。例如,这可能会使电动汽车在不需要充电的情况下可以行驶5倍的距离。

科学家们预计,在现实世界中使用快速充电技术时,电池可以循环使用约1000次,相当于10年的使用寿命。此外,与锂离子电池中使用的钴相比,硫的含量更丰富,问题也更少,而芳纶纤维可以从旧的防弹背心中提取,这使得它整体上更环保。

“这些电池的仿生工程集成了两个尺度——分子尺度和纳米尺度,”Kotov说,“我们的集成系统方法使我们能够解决锂-硫电池的主要挑战。”

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