據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)報道，美國能源部下屬的橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的科學(xué)家設(shè)計出了一種全新的全固態(tài)鋰硫電池，其能量密度約為目前電子設(shè)備中廣泛使用的鋰離子電池的4倍，且成本更低廉。相關(guān)研究發(fā)表在本周出版的世界頂尖化學(xué)期刊《德國應(yīng)用化學(xué)國際版》上。 該研究的領(lǐng)導(dǎo)者梁誠督(音譯)表示：“新電池中用到的電解質(zhì)也是固體，這種設(shè)計思路完全顛覆了已延續(xù)150年到200年的兩個電極加一堆電解液的固有電池概念，也解決了其他化學(xué)家一直擔(dān)心的易燃問題?！? 幾十年來，科學(xué)家們一直很看好鋰硫電池，其比鋰離子電池效率高且成本低。但壽命短是其最大弱點，因此一直未被商用。另外，電池內(nèi)使用液體電解質(zhì)也成為科學(xué)家們的桎梏。一方面，液體電解質(zhì)會通過溶解多硫化物從而幫助鋰離子在電池中傳導(dǎo)。但不利的是，這一溶解過程會使電池過早地被損壞。 現(xiàn)在，該ORNL研究團隊的新設(shè)計方法清除了這些障礙。首先，他們合成出了一種富含硫的新物質(zhì)并將其作為電池的陰極，其能傳導(dǎo)鋰離子和傳統(tǒng)電池陰極中使用的硫金屬鋰化物，隨后，再將其同由鋰制成的陽極以及固體電解質(zhì)(也由ORNL的研究人員研發(fā)而成)結(jié)合在一起，制造出了這種能量密度大的全固態(tài)電池。 梁誠督表示：“電解質(zhì)由液體變成固體這一轉(zhuǎn)變消除了硫溶解的問題，而且，由于液體電解質(zhì)容易同鋰金屬發(fā)生反應(yīng)，所以，新電池使用固體電解質(zhì)后安全性也更高。另外，新鋰硫電池中使用的硫是處理石油后剩下的副產(chǎn)品，來源豐富且成本低廉，也能存儲更多能量，這就使新電池具有成本低廉、能量密度大等優(yōu)點?！? 測試結(jié)果表明，新電池在60攝氏度的溫度下，經(jīng)過300次充放電循環(huán)后，電容可以維持在1200毫安小時/克，而傳統(tǒng)鋰離子電池的平均電容為140至170毫安小時/克。梁誠督表示，因為鋰硫電池攜帶的電壓為鋰離子電池的一半，平均電容為其8倍，所以，新電池的能量密度約為傳統(tǒng)鋰離子電池的4倍。 盡管新電池仍然處于演示階段，但研究人員希望盡快將這項研究由實驗室推向商業(yè)應(yīng)用，他們正在為此技術(shù)申請專利。 早在上世紀(jì)90年代，就有人開始研發(fā)鋰硫電池，最近幾年，國內(nèi)外的相關(guān)研究工作更為活躍。較高的比容量和能量密度，意味著鋰硫電池的單體重量和體積更小，放電能力更強，且成本低廉，這一切看似都與現(xiàn)今電動汽車發(fā)展的需求相當(dāng)契合。然而毋庸置疑的是，其研究還有較長的路要走，比如還需要進一步增加循環(huán)次數(shù)，并且該電池的能量密度和功率密度還需要進一步的提升才能滿足電動汽車市場的需要。