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青岛能源所用木质素研发高性能锂硫电池 成本较低 可大规模推广

木头也可以用来做电池?相信大家都是第一次听说。记者从中科院青岛生物能源与过程研究所了解到,该所先进储能材料与技术研究组团队瞄准下一代高能锂离子电池及其配套电解液和黏结剂的研究,从木头中找到灵感,用可再生木质素纤维打造“钢筋混凝土”般的电池,目前已成功制备出高性能锂硫电池。

用木质素研发高性能锂硫电池示意图

▲用木质素研发高性能锂硫电池示意图

近年来,新能源汽车行业发展迅猛,对电池的要求也越来越高。但现阶段商用的锂离子电池能量密度较低、“升级版”的锂硫电池容易自我“耗电”,这些都制约着电动汽车和便携式电子产品等的续航能力,目前已成为行业“瓶颈”。在这种情况下,如何制备高性能电池成为行业研究的重点。

造电池和造房子一样,结构稳定很重要。据介绍,由于锂硫电池在充放电过程中存在“穿梭效应”,外部放电,内部也跟着“耗电”,导致锂硫电池的寿命远不及锂离子电池。为此科学家们尝试用各种方式“稳定”锂硫电池的内部结构,以减少“穿梭效应”的发生。什么材料可以稳定“结构”呢?团队研究人员想到了木头的结构,他们将目光瞄准了世界上第二丰富的天然有机物,木质素。

木质素,广泛存在于植物的木质部(负责给植物上端运输水和矿物质的组织)中,主要作用是通过形成交织网来硬化细胞壁,起抗压作用。通过对天然的木材经过一系列的物理化学处理,可以得到的一种含有木质素的有机纤维。而这种材料可用于充当锂硫电池正极材料的稳定抗裂剂,并且化学稳定性高,无毒、无害、无污染,属于纯绿色环保的产品。

受此启发,青岛能源所研究人员将木质素纤维用于充当锂硫电池正极材料的骨架,并与碳纳米管、石墨烯共同组建了一种类似“钢筋混凝土”结构的锂硫正极材料,该材料能很好的稳定电池内部的硫化物进而稳定电量,并且有较强的柔韧性可以随意折叠弯曲。同时,为了使电子能够更加快速的传输到锂硫电池的正极,研究人员在电池正极片底部增加一层石墨烯薄膜,从而实现了锂硫电池的快速充放电。

据介绍,基于以上研究就制备出的高性能锂硫电池,其放电容量可接近锂硫电池的理论容量,同时电池表现出优异的循环稳定性,500圈后容量保持率高达86.5%。又因为该方法简单、易操作、成本低等优势,将来可进行大规模推广。