查尔莫斯理工大学 锂硫电池的查尔莫斯设计说明
石墨烯气凝胶的高度多孔性允许足够高的硫浸泡，使得阴极电解液的概念变得有价值
学分:日元斯特兰德奎斯特/查尔莫斯理工大学 为了满足未来电力的需求，新的电池技术将是必不可少的
一种选择是锂硫电池，其理论能量密度是锂离子电池的五倍以上
瑞典查尔莫斯理工大学的研究人员最近公布了这种电池的一项有希望的突破，在石墨烯海绵的帮助下使用阴极电解液
研究人员的新想法是一种多孔的海绵状气凝胶，由还原的氧化石墨烯制成，作为电池中的独立电极，可以更好、更高地利用硫
传统电池由四部分组成
首先，有两个涂有活性物质的支撑电极，称为阳极和阴极
在它们之间是电解质，通常是液体，允许离子来回转移
第四个组件是隔板，它充当物理屏障，防止两个电极之间的接触，同时仍然允许离子转移
研究人员以前曾试验过将阴极和电解质结合成一种液体，即所谓的“阴极电解液”
这一概念有助于减轻电池重量，并提供更快的充电速度和更好的供电能力
现在，随着石墨烯气凝胶的发展，这个概念已经被证明是可行的，提供了一些非常有前景的结果
以一个标准的硬币电池盒为例，研究人员首先插入了一层薄的多孔石墨烯气凝胶
“你拿起气凝胶，它是一个细长的圆柱体，然后把它切成薄片——就像意大利腊肠一样
查尔莫斯大学物理系的首席研究员卡门·卡瓦洛说
然后，一种富含硫的溶液，阴极电解液，被添加到电池中
高度多孔的气凝胶充当支撑物，像海绵一样吸收溶液
“石墨烯气凝胶的多孔结构是关键
它吸收大量的阴极电解液，给你足够高的硫含量，使阴极电解液的概念值得
这种半液态阴极电解液在这里非常重要
它允许硫磺来回循环，没有任何损失
它不会因为溶解而消失——因为它已经溶解在阴极电解液中了，”卡门·卡瓦洛说
一些阴极电解液溶液也被施加到隔板上，以使其发挥电解质的作用
这也最大化了电池的硫含量
大多数市售电池都是锂离子电池
但是这种类型的电池已经接近极限，新的化学方法对于功率要求更高的应用变得至关重要
锂硫电池有几个优点，包括高得多的能量密度
目前市场上最好的锂离子电池的工作功率约为300瓦时/千克，理论最大功率约为350瓦时/千克
同时，锂硫电池的理论能量密度约为每千克1000-1500瓦时
“此外，硫磺价格低廉，储量丰富，而且对环境更加友好
领导这篇论文的研究小组的查尔莫斯物理系教授亚历山大·马蒂奇说:“锂硫电池还有一个优点，就是不需要像锂离子电池中常见的那样含有任何对环境有害的氟。”
“气凝胶是一根细长的管子
你切它，就像意大利香肠一样
查尔莫斯大学物理系的首席研究员卡门·卡瓦洛说
学分:约翰·博德尔/查尔莫斯理工大学 到目前为止，锂硫电池的问题是它们的不稳定性，以及随之而来的低循环寿命
目前的版本退化很快，寿命有限，循环次数少，不切实际
但是在测试他们的新原型时，查尔莫斯的研究人员展示了在350次循环后85%的容量保持率
新设计避免了锂硫电池退化的两个主要问题——一是硫溶解在电解液中并流失，二是“穿梭效应”，即硫分子从阴极迁移到阳极
在这种设计中，这些不良问题大大减少
这篇文章“在无氟Li2S8阴极电解液锂硫电池中作为支撑电极的独立还原氧化石墨烯气凝胶”发表在《电源杂志》上
然而，研究人员指出，在这项技术实现全部市场潜力之前，还有很长的路要走
“由于这些电池是以一种替代大多数普通电池的方式生产的，因此需要开发新的制造工艺来使它们具有商业可行性，”亚历山大·玛蒂说
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