URC研发硅硫燃料电池架构 提升锂离子电池性能
发布日期:2018-01-02        



 

据外媒报道,加州大学河滨分校(University of California, Riverside,URC)伯恩斯工程学院(Bourns College of Engineering)的研究人员研发了新技术,利用硫电极及硅电极制造了高性能的锂离子电池。


 

该款硅硫燃料电池(SSFC)架构逐步将受控纯锂离子整合到电池系统中,在C/10条件下,充放电250次后,其能量密度仍高达350 Wh/kg。

 

硫是一款非常具有吸引力的阴极材料,理论容量(theoretical capacity)为1675 mAh/g。然而,由于硫存在体积膨胀(volumetric expansion)、导电性不良等先天性缺陷,硫电极的应用发展较为迟缓。幸运的是,URC的研发人员发现了多种新方法缓解上述问题。这类产品方案的性能极具前景,但会导致硫周边发热。

 

目前的阳极材料通常选择硅,其理论容量高达4200 mAh/g,而硅则面临两大挑战,导电性不良及体积膨胀。为此,研究人员采用了纳米硅结构、导电剂(conductive additives)及粘合剂(binders)等方法,最终解决了上述问题,为燃料电池制备了硫阴极及硅阳极。

 

目前,研究人员利用硫化锂(lithium sulfide)或硅化锂等预锂化(pre-lithiated)材料,使燃料电池的能量密度高达600?Wh/kg。然而,这类燃料电池的充放电次数通常很短,一般不足50次,且该类材料还需要采用专用设备,在加工时也存在诸多限制条件。

 

为创建新架构的SSFC,该团队在传统燃料电池架构的技术上新增了一片锂箔(lithium foil),使锂箔能与集电器(current collector)发生接触,在充放电时将锂箔整合到燃料电池体系中,从而控制锂离子的嵌入量。

 

在半电池(half cells)中,将采用纯锂作为阳极材料,这将引起用户对枝状晶体生长(树突形成,dendrite formation)及锂腐蚀等安全性问题的担忧。在全电池(full-cell)模式下,可用硅来制作阳极,可缓解因纯锂阳极所引发的安全问题,同时确保燃料电池获得所需的高电量。

 

该方法使得受控的锂载荷可弥补固体电解质界面膜(SEI)形成及锂降解,提升燃料电池的循环寿命(cycle life)。此外,该电池还采用了交流阻抗(EIS)、循环伏安法(CV)及恒电流间歇滴定法(GITT)等多种方法。该研究将为未来的硅硫燃料电池的研发奠定基础。

 

该研究资金来自于UCR及Vantage Advanced Technologies公司,该大学的技术商业化办公室还为此申请了一项发明专利。

 


来源:电子工程世界-汽车电子
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