阴极材料真的能让锂电池提高能量密度吗？
来源：宝鄂实业
2019-07-08 17:25
点击量：次
美国能源部（DOE）布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）为锂电池设计了一种新型有机阴极材料。该材料以硫为核心，与锂电池中传统的阴极材料相比，能量密度更高、更具成本效益且更环保。
智能手机和电动汽车等日常生活用品都需要锂电池提供能量，而随着人们对此类产品的需求不断增长，科学家们一直在研究如何优化阴极材料，以提升锂电池系统的整体性能。
除了解决电池系统面临的能量挑战，布鲁克海文国家实验室的科学家还在研究可持续性电池的材料设计。为了寻找可提供高能量密度的可持续性阴极材料，科学家们选择了一种安全和储量丰富的元素 – 硫。
美国能源部布鲁克海文科学用户设施办公室国家同步光源二部（NSLS-II）科学家表示：“硫可以形成很多键，即能够抓住更多锂，从而增强能量密度。而且硫也比阴极材料中的传统元素轻，因而可让电动汽车具备更长的续航里程。”
研究人员在设计该新阴极材料时，选择了一种由碳、氢、硫和氧组成的有机二硫化合物，而不是传统锂电池中重金属，重金属不是很环保。但是虽然硫电池更安全、能量密度更高，但是也会面临着其他挑战。
Shadike表示：“当电池充放电的时候，硫会变成一种不好的复合物，溶解在电解质中，并扩散至整个电池，引起不良反应。我们设计了一种阴极材料，可让硫原子附着在一个有机支柱上，从而让硫稳定。”
研究人员表示，该项研究可提升高性能锂电池的性能，此类锂电池使用以硫为核心的阴极材料。“锂离子电池包括一个阳极和一个阴极，”UMD的科学家，该论文的主要作者之一，Xiulin Fan说。“与用于锂离子电池的商用石墨阳极的大容量相比，阴极的容量受限得多，阴极（即正极）材料一直是进一步提高锂离子电池能量密度的瓶颈。”
UMD的科学家们合成了一种新的阴极材料，这种材料是一种经过改造和设计的三氟化铁（FeF3），由具有成本效益和环境友好的元素：铁和氟组成。研究人员一直对锂离子电池中使用FeF3等化合物感兴趣，因为它们具有比传统阴极材料更高的容量。
“通常用于锂离子电池的材料是基于插层化学的，”布鲁克海文的化学家，该论文的主要作者之一Enne Hu说。“这种类型的化学反应非常有效，但是它只转移一个电子，所以阴极的容量是有限的。一些化合物如FeF3能够通过一种更复杂的反应机制，（即转化反应）转移多个电子。”
