詳解鋰硫電池技術(shù):面臨成本與耐久性挑戰(zhàn)

時間:2015-11-17 09:18來源:科技日報 作者:西顧
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  電池聯(lián)盟網(wǎng)訊 美國媒體日前發(fā)表文章指出,不論電池組驅(qū)動的純電動汽車,還是燃料電池電動汽車,都存在成本和耐久性挑戰(zhàn)。主要技術(shù)難點包括:
 
  鋰離子電池組比能明顯超過0.25千瓦時/千克的電池系統(tǒng),至今都沒能實現(xiàn)。因此對于中型車市場而言,基于鋰離子電池組驅(qū)動的純電動汽車單次充電續(xù)航里程超過300公里暫時還沒有理論可能,即便有相關(guān)產(chǎn)品問世,價格也是一般消費者難以承受得起的。
 
  以鋰作為基礎(chǔ)的鋰/空氣或者鋰/氧氣電池系統(tǒng),目前缺乏穩(wěn)定的電極組件和電解質(zhì)材料,無法保證在充放電循環(huán)過程中氧氣的再生還原率達(dá)到100%。所以未來的基礎(chǔ)研究和材料開發(fā)中,要對鋰/氧氣電池的可行性展開進(jìn)一步的驗證。
 
  鋰/硫電池組很難獲得理想的比重能量密度,無論采用何種電極材料,鋰/硫電池組可達(dá)到的比體積能量密度都大幅度低于傳統(tǒng)鋰離子電池組。為了使得電池單元的比重能量密度具有競爭力,鋰/硫電池組需要相當(dāng)大的表面積容量(大于4毫安時/平方厘米)和非常高的陰極硫含量(大于60%)。
 
  在比體積能量密度方面,鋰/硫電池組單元完全比不上傳統(tǒng)鋰離子電池組。但是考慮成本因素,鋰/硫電池組可能有一定優(yōu)勢,因為提高生命周期和安全性的附加部件(擴散膜等)價格相對較低。如果固體電解質(zhì)界面膜被研發(fā)出來阻止電解液的持續(xù)消耗,應(yīng)用硅材料取代金屬鋰作為陽極材料,將有可能提高能量密度和延長生命周期。鋰/硫電池組的硅陽極依然是一個開放性問題,涉及到怎樣與鋰相兼容,方法包括工業(yè)可行的預(yù)處理鋰化工藝,或者用硫化鋰代替硫陰極。
 
  在過去的十年中,氫氣燃料電池得到了非常大的進(jìn)步。陰極高活性催化劑理念正將每輛燃料電池汽車的鉑金使用量縮減到10克以下。脫合金化技術(shù)加工的新類型鉑/鋁催化劑展示了出色的電壓循環(huán)穩(wěn)定性,達(dá)到美國能源部設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn),F(xiàn)在的挑戰(zhàn)是把先進(jìn)的催化劑理念與高耐久性載體材料結(jié)合到一起,以便確保在整個汽車使用期限內(nèi)燃料電池的性能表現(xiàn)。除此之外,低鉑金負(fù)載造成的質(zhì)量傳輸損失還需要得到更詳細(xì)的理解,從而更好地降低損失量。燃料電池介質(zhì)膜面臨的最主要挑戰(zhàn)是,發(fā)掘那些適用于高工作溫度和相對低濕度環(huán)境下的材料,幫助簡化系統(tǒng)設(shè)計、提高排熱效率以及減小空氣壓縮機的能量損失。
 
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