更便宜,更轻,更节能:锂硫电池的前景| 地平线杂志

主要的吸引力在于,与使用当前的锂离子(Li-ion)技术的类似电池相比,它们可以存储更多的能量。 这意味着一次充电可以持续更长的时间。

它们也可以在制造锂离子电池的工厂中制造-因此将它们投入生产应该相对简单。

他们没有使用昂贵的钴,而钴易受脆弱的全球供应链影响,而是使用硫,硫是一种廉价的原材料,可作为石油工业的副产品获得。 而且它们每单位功率的成本可以节省大量资金。

那么什么是滞留?

主要问题在于,当前的锂硫(Li-S)电池在无法使它们在商业上可行之前,无法进行足够的充电。

一切都在内部化学过程中:对Li-S电池充电会导致化学沉积物堆积,从而使电池退化并缩短其寿命。

沉积物形成称为树突的细小树状结构,从锂阳极(电池内部的负极)分支出来。 沉积物会使阳极和电解质降解,电解质和电解质是锂离子来回穿梭的介质。

这会降低电池可提供的功率,并且还可能导致短路,从而潜在地导致易燃电解质着火。 这是有据可查的问题,可能会困扰锂离子电池,这就是为什么航空公司安全要求手机备用电源只能放在手提行李中携带的地方,在手提行李中更容易注意到或检测到烟雾或火灾。

衣衫spike的尖峰

电池开发人员一直难以使锂顺利地,均匀地重新沉积在阳极上,同时又给锂硫电池充电,而不是衣衫spike的峰值。

当前的锂硫电池可能只需要进行50个充电周期即可工作。 因此,他们需要进行重大改进,才能在乘用车中实现商业上的可行-这是一个主要的目标市场,”西班牙巴塞罗那莱塔特技术研究所的储能研究员路易斯·桑托斯博士说。

他是该项目的技术协调员 丽莎 该项目正在努力优化锂硫电池的各种元素,使其足够紧凑且足够可靠,可用于小型电动汽车。

一个主要目标是使锂阳极保持更多的充电周期。

为此,芬兰坦佩雷的LISA联盟合作伙伴Pulsedeon使用激光将陶瓷复合材料沉积在阳极上,厚度仅为几微米。 这可以保护锂阳极免于降解,并防止不规则的枝晶尖峰的生长。

桑托斯博士说:“我对阳极非常有信心。” “我们有非常好的合作伙伴在努力工作,我们很快就会取得很好的结果。”

锂硫电池的组件都需要进行优化-从阳极及其保护性陶瓷层,膜,电解质和阴极开始。 LISA合作伙伴正在为每个选项开发各种选项。

从理论上讲,Li-S电池可以存储的质量最多是锂离子电池的五倍,但它们的体积也更大,因此研究人员致力于确保解决方案尽可能紧凑。

“对于(乘用车)大规模集成,我们正在谈论(从现在开始)十年之久。”

Christophe Aucher博士,莱塔特,西班牙巴塞罗那

混合电解质

LISA研究人员正在采取的步骤之一是朝着固体电解质方向发展-一种在电池内部的正负极之间传导离子(带电原子和分子)的材料。

常规的锂离子电池通常使用电解凝胶或液体,但即使在低温下,也可能引起火灾。 因此,LISA财团正在研究一种可最大程度降低这种风险的电解质。

他们目前正在尝试使用固体陶瓷元素和适应性强的柔性聚合物的组合。

另一种方法是将“化学熔丝”并入电池中。 这个想法是要封装一种具有热敏性截止功能的材料,该材料的本质类似于跳闸开关,如果温度过高,该跳闸开关会阻止电流流动。

Santos博士有信心LISA项目将对技术产生重大改进。

他说:“即使我们没有最终产品(用于乘用车),也可以肯定会取得一些可以改善锂硫电池的结果。”

LISA的大部分工作都基于一个名为 爱丽丝由Leitat储能的首席研究员Christophe Aucher博士领导。

Aucher博士说,ALISE的一个显着结果是,汽车制造商SEAT表明,对于插电式混合动力电动汽车(PHEV)而言,Li-S技术的行驶里程比锂离子技术好10%,而对于电池电动汽车,其锂离子技术好大约2%。车辆(BEV)–电池组的重量比同类产品轻约15%。

奥彻博士说:“令我们惊讶的是它的工作性能不如锂离子,但实际上比锂离子好一些。” “我们正在谈论的技术只有这么低的成熟度,这真是太了不起了。”

无人驾驶飞机

该研究还显示出潜在的潜在成本节约,Li-S的潜在价格约为每千瓦时72欧元,比同类锂离子技术低30%。

但是ALISE的电池在失效之前只能经历大约50次循环,Aucher博士建议,它们需要大约20倍的电池才能在小型电动汽车中使用。

完善该方案并最终包装,要成为真正的小型汽车大众市场产品需要花费一些时间。

奥彻博士说:“对于(乘用车)大规模集成,我们正在谈论(从现在开始)十年之久。”

同时,该技术在体积不如质量重要的应用中被证明是值得的。

OXIS Energy是这两个项目的合作伙伴,总部位于英国牛津,目前正与梅赛德斯·奔驰合作生产公共汽车电池,该电池体积稍大,但重量却大大减轻,可运载更多的乘客。

锂硫电池已经用在需要轻便电池且可以一次充电就可以长时间运行的设备中,例如无人机或人造卫星。

本文中的研究由欧盟资助。 如果您喜欢这篇文章,请考虑在社交媒体上分享。

1000万欧元,用于创新型电动汽车电池

欧盟委员会目前正在进行一项竞赛,以设计用于电动汽车的下一代创新电池。 面临的挑战是要生产一种原型电池,该电池的充电时间与为内燃机车加油所需的时间相同,并且一次充电可以覆盖相似的距离,与目前的电池相比,这种性能在更长的使用寿命内保持不变。 依靠欧洲容易获得的材料,它也有望安全,可持续,可回收,经济地生产。

该奖项的目的是增强电动汽车电池和储能技术的知识,创新和竞争力,以鼓励向电动汽车的转变,并为减少温室气体排放做出贡献。

获奖原型背后的个人或团队将获得1000万欧元。 报名截止日期为2020年12月17日,奖项将于2021年底颁发。有关更多信息,请访问 https://ec.europa.eu/research/eic/index.cfm?pg=prizes_batteries


This article – ” 更便宜,更轻,更节能:锂硫电池的前景| 地平线杂志
” – was originally published in Horizon, the EU Research and Innovation magazine

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作者: NewsWire

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