阻碍锂硫电池的发展因素有哪些？解决这些才是当务之急
来源：宝鄂实业
2019-04-23 11:59
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锂硫电池被视为下一代高能量密度电池体系的理想选择之一，受到全世界科研界和产业界的高度关注，是未来各国布局的重点研究方向之一。但随着研究的不断深入，锂硫电池也面临日益严峻的挑战。目前存在的主要问题是锂硫电池的体积能量密度较低，导致其在很多重要的市场应用中失去竞争力，同时高电解液用量也成为其重量能量密度提高的瓶颈。主要原因在于硫是离子和电子绝缘体，因此正极中的硫需要大量非活性物质来发挥容量。一方面，需要加入大量高比表面积的碳（通常>30%）来保证电极良好的电子电导，导致电极孔隙率通常>70%(商业化锂离子电池正极：<40%)，这就使锂硫电池的体积能量密度大打折扣。另一方面，高气孔率需要大量电解液浸润和溶解中间产物来保证电极的离子电导（电解液活性物质比:锂硫电池通常>3uL/mg，商业化锂离子电池通常<0.5uL/mg），从而大大限制了锂硫电池的重量能量密度。因此，当前制约锂硫电池实用化的关键技术瓶颈是如何在高活性物质负载条件下（10mg/cm2），实现低电解液用量、高电极密度及低非活性物质含量。
中国科学院物理研究所／北京凝聚态物理国家研究中心清洁能源重点实验室E01组副研究员索鎏敏(LiuminSuo)与美国麻省理工学院教授李巨（JuLi）和博士薛伟江(WeijiangXue)合作针对目前锂硫电池存在的共性问题——电池器件级别能量密度不高的问题，创新地提出采用高电子和离子电导的嵌入式电极材料Mo6S8取代非活性物质碳构成嵌入-转换型混合电极，使得硫正极在保证高活性物质负载量的条件下(大于10mg/cm2)，含碳量降低到小于10wt%，电解液活性物质比大幅度降低到1.2μLmg-1，电极孔隙率低于55%。采用此新型混合电极的安时级软包全电池在保证循环寿命的条件下单体能量密度大幅度提升，可以同时实现高的体积能量密度（581Wh/L）和重量能量密度（366Wh/kg），为未来开发新型高能量密度的锂硫电池提供了一条全新的解决思路和切实可行的商业化技术方案（图1）。该研究结果近日发表在《自然-能源》上（NatureEnergy，2019,DOI:10.1038/s41560-019-0351-0），文章题目为Intercalation-conversionhybridcathodesenablingLi–Sfull-cellarchitectureswithjointlysuperiorgravimetricandvolumetricenergydensities。
相关工作得到科技部重点研发计划（2018YFB0104400）、国家自然科学基金委（51872322）等的支持。
储能，是新能源行业发展过程中的必不可少的环节。储能技术的进步，在一定程度上决定了新能源产业前进的速度。
目前市场中常见的储能技术主要有电池储能、抽水蓄能、氢能储能、压缩空气蓄能以及飞轮蓄能等。
而近日，丹麦一个大型实验设施的落成宣告了另一种储能应用方式的出现：采用石头来储存能量。
如图所示，中心位置便是整个设施的关键环节——一堆石头。
简单来说就是把这些岩石装在一个四周隔热的容器中，当周围的风电、光伏产生多余的能源时，高温空气泵将会把这些能源送入容器，加热到600℃，由风力涡轮机的剩余电力提供能量，以热量形式储存起来。
一段时间之后，这些能源被使用时，热空气将会从容器中排出，排出的热空气加热水产生蒸汽，驱动蒸汽涡轮机发电产生电力，余热还可以作为区域供热使用。
这一设备拥有廉价环保、易操作实施的特性，同时结合其它充放电技术，能够有效地降低成本，减少能量损耗，提升储能效率。
据丹麦技术大学表示，这一储能设备可以满足到2035年装机容量为1.4GW储能的10%需求，平均每天可以存储和释放储能容量超过300MWh。
无独有偶，除了丹麦外，英国也正在利用冷热岩石的温差进行储能项目的研究。
今年1月，世界首个电网规模的蓄热储能系统在英国建成，该系统容量为150kW/600kWh，目前已经完成安装，进入测试阶段。
这一系统同样是储能多余的可再生能源驱动热泵，在热侧将氩气压缩升温至500℃，利用岩石进行储能。
与丹麦此次项目不同的是，该系统还多了一个“低温冷电池”，氩气膨胀后降温到-160℃，可以将能量释放到储能材料中，释放能量的同时，氩气向相反的方向流动用来发电并返回电网。
中国科学院物理研究所／北京凝聚态物理国家研究中心清洁能源重点实验室E01组副研究员索鎏敏(LiuminSuo)与美国麻省理工学院教授李巨（JuLi）和博士薛伟江(WeijiangXue)合作针对目前锂硫电池存在的共性问题——电池器件级别能量密度不高的问题，创新地提出采用高电子和离子电导的嵌入式电极材料Mo6S8取代非活性物质碳构成嵌入-转换型混合电极，使得硫正极在保证高活性物质负载量的条件下(大于10mg/cm2)，含碳量降低到小于10wt%，电解液活性物质比大幅度降低到1.2μLmg-1，电极孔隙率低于55%。采用此新型混合电极的安时级软包全电池在保证循环寿命的条件下单体能量密度大幅度提升，可以同时实现高的体积能量密度（581Wh/L）和重量能量密度（366Wh/kg），为未来开发新型高能量密度的锂硫电池提供了一条全新的解决思路和切实可行的商业化技术方案（图1）。该研究结果近日发表在《自然-能源》上（NatureEnergy，2019,DOI:10.1038/s41560-019-0351-0），文章题目为Intercalation-conversionhybridcathodesenablingLi–Sfull-cellarchitectureswithjointlysuperiorgravimetricandvolumetricenergydensities。
相关工作得到科技部重点研发计划（2018YFB0104400）、国家自然科学基金委（51872322）等的支持。
储能，是新能源行业发展过程中的必不可少的环节。储能技术的进步，在一定程度上决定了新能源产业前进的速度。
目前市场中常见的储能技术主要有电池储能、抽水蓄能、氢能储能、压缩空气蓄能以及飞轮蓄能等。
而近日，丹麦一个大型实验设施的落成宣告了另一种储能应用方式的出现：采用石头来储存能量。
如图所示，中心位置便是整个设施的关键环节——一堆石头。
简单来说就是把这些岩石装在一个四周隔热的容器中，当周围的风电、光伏产生多余的能源时，高温空气泵将会把这些能源送入容器，加热到600℃，由风力涡轮机的剩余电力提供能量，以热量形式储存起来。
一段时间之后，这些能源被使用时，热空气将会从容器中排出，排出的热空气加热水产生蒸汽，驱动蒸汽涡轮机发电产生电力，余热还可以作为区域供热使用。
这一设备拥有廉价环保、易操作实施的特性，同时结合其它充放电技术，能够有效地降低成本，减少能量损耗，提升储能效率。
据丹麦技术大学表示，这一储能设备可以满足到2035年装机容量为1.4GW储能的10%需求，平均每天可以存储和释放储能容量超过300MWh。
无独有偶，除了丹麦外，英国也正在利用冷热岩石的温差进行储能项目的研究。
今年1月，世界首个电网规模的蓄热储能系统在英国建成，该系统容量为150kW/600kWh，目前已经完成安装，进入测试阶段。
这一系统同样是储能多余的可再生能源驱动热泵，在热侧将氩气压缩升温至500℃，利用岩石进行储能。
与丹麦此次项目不同的是，该系统还多了一个“低温冷电池”，氩气膨胀后降温到-160℃，可以将能量释放到储能材料中，释放能量的同时，氩气向相反的方向流动用来发电并返回电网。
