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下一代动力锂电池瓶颈问题被攻破,能量密度高过当今的车配动力锂电池

下一代动力锂电池瓶颈问题被攻破,能量密度高过当今的车配动力锂电池

来源:
2021/12/17 09:52
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【摘要】:

  西安交通大学化学工程学院李明涛的研究团队通过设计和开发一种具有二维石墨烯保护层的正极材料,在锂硫电池的应用上取得了突破,这种正极材料具有较长的循环寿命。

  2d插层G-C3N4 /石墨烯三明治在电池的正负电极之间形成了一个多层鲨鱼网。它不仅可以通过物理和化学用途阻断多硫化物在正负电极之间的移动,还可以加速锂离子的扩散,从而大大增加电池的循环寿命。

  在我国,锂硫电池的发展相对较晚,还处于实验室研发阶段,实际应用很少。硫锂电池充放电过程中中间产物硫化锂溶解引起的穿梭效应被认为是限制其实际应用的关键因素。

  青海Li博士技术员技术的前副总统,曾经说过,聚硫溶解航天飞机是最重要和困难的锂硫电池的问题,及相关改进工作仍处于初始阶段,但他乐观锂硫电池作为二次电池能量密度高,具有广阔的发展前景。

  与目前主流的三元NCM相比,硫正极电池的理论比能高达2600Wh/kg,是目前广泛应用的锂电池的十倍以上。此外,硫储量丰富且价格低廉,这可能有助于降低锂电池驱动的电动汽车的价格。

  2016年,国家发展改革委在《能源技术革命与创新行动计划(2016-2030年)》中提出要突破能量密度为300Wh/kg的锂硫电池技术。

  相比之下,根据2017年发布的《促进汽车动力产业发展的行动办法》和《汽车产业中长期发展规划》,到2020年单机比能达到300Wh/kg以上,到2025年单机比能达到500Wh/kg以上。锂硫电池理论能量密度大于500Wh/kg,因此被认为是继锂电池之后下一代动力锂电池系统的发展方向。

  为解决锂硫电池应用中的实际问题,包括中国科技大学钱翰林团队、华南理工大学王海辉团队、中国科学院青岛能源及储能材料先进技术研究团队,我们厦门大学化学南丰正团队和上海交通大学王氏研究团队取得了突破性进展。

  王教授在2018年10月,伊泰钱和多样的中国科技大学(科大)发现,价电子的p波段中心位置相对于费米能级影响的动力学性能是一个重要的因素在li-S电池界面电子转移反应。研究人员发现,具有最小正极化和最佳速率性能的钴基载硫材料即使在40.0℃下也具有417.3 Mahg-1的容量,对应于当前最高功率密度为137.3 kwkg-1。研究结果发表在国际优秀能源材料杂志《焦耳》上。

  锂硫电池是一种以硫为正极的金属锂电池正极电池系统,在解决金属正极中产生的李枝晶对上海交通大学的安全问题上,王团队制备了一种新型锂电池电解质溶液(用双氟磺酰亚胺锂溶于磷酸三乙酯和高闪点氟醚获得饱和电解质)。与高浓度的电解液相相比,新型电解液成本低,粘度低,增强了对金属Li电极的保护,可以有效去除Li电极的枝晶,从而消除了安全隐患。同时,在60℃以上的高温条件下,提高了安全性和电化学性能。

  除科研外,电池企业也将锂硫电池作为技术储备之一,积极需求技术突破。在这些上市公司中,中核二氧化钛、西藏城投、金路集团、国讯高新、梦视科技等公司都部署了锂硫电池项目。

  虽然锂硫电池在实现理想的能量密度的过程中也存在一些问题,但是关于一些关于电池应用领域的薄性有更高的要求,比如用于无人飞行器(uav)、潜艇、以及士兵携带包等目的的电源,由于重量比价格或寿命更重要,锂硫电池开始得到实际应用。由英国初创公司Oxis Energy开发的新型锂硫电池,每公斤可储存的能量几乎是目前电动汽车中使用的锂电池的两倍。然而,它们不能持续很长时间,在大约100次充放电循环后就会失效。Oxis的小型试点工厂的目标是每年生产1万到2万节电池。据说电池被包装在手机大小的薄袋子里。为什么要尽快推进动力锂电池的再生和回收利用?虽然我国锂资源排名世界第四,但由于锂矿品位差、提纯困难、成本高,每年要进口大量锂矿,对外依存度超过85%。此外,中国的需求也推动了电池级碳酸锂价格的飙升,近年来价格上涨了近3倍,大大增加了中国锂电池制造企业的采购成本。一方面,取消了动力锂电池是一种珍贵的“城市矿山”,金属含量远高于矿石、锂、钴、镍和其他贵重金属回收,回收利用,可以提高资源利用效率,减少进口,减少外部依赖,保护国家资源战略的安全。张天仁表示,另一方面,从防止污染和保护环境的角度来看,如果废弃的锂电池没有得到妥善处理,也会对生态环境造成很大的危害。

  回收体系不健全、再生技术不成熟、激励机制不强等三个重要问题,为了更好地促进新能源汽车动力锂电池的回收、再利用、保护生态环境、确保国家战略资源的安全,从几个方面提出了促进我国新能源汽车产业健康可持续发展的建议。

  加快标准制定,统一管理规范,是开展相关工作的基础。他建议有关部门加快制定废旧电池回收再利用的管理标准、技术标准和评价标准。鼓励具有产业优势的地区制定新能源锂电池监管、回收、循环利用规划和实施办法,通过初步试点,探索更符合行业实际、更具可操作性的国家实施办法。

 

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