液體鋰硫和鋰硒電池采用固體電解質(zhì) 能量密度高達(dá)500Wh/kg

據(jù)外媒報(bào)道，鄭州大學(xué)、清華大學(xué)和斯坦福大學(xué)的研究人員，聯(lián)手開(kāi)發(fā)液體鋰硫和鋰硒電池系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱SELL－S和SELL－Se）。這兩種電池采用固體電解質(zhì)，能量密度有望超過(guò)500wh ／kg和1000 wh ／l，具備低的能量成本和良好的電化學(xué)循環(huán)穩(wěn)定性，有望應(yīng)用于規(guī)?；?span>儲(chǔ)能等領(lǐng)域。

這些電池采用Li6．4La3Zr1．4Ta0．6O12 （LLZTO）陶瓷管作為電解質(zhì)，將正負(fù)極之間完全隔離開(kāi)，電池運(yùn)行在240度的環(huán)境。工作溫度高于鋰的熔點(diǎn)，可有效抑制多硫化物或多硒化物穿梭效應(yīng)，限制鋰枝晶生長(zhǎng)，從而提升能量密度，加快充放電能力，并提高庫(kù)侖效率及能效，進(jìn)一步保持穩(wěn)定性。

目前最先進(jìn)鋰離子電池的能量密度小于300wh／kg和750 Wh／L。硫和硒被視為取代鋰離子電池中商業(yè)金屬氧化物正極的重要侯選材料。因?yàn)檫@些材料具有高容量，鋰化為L(zhǎng)i2S時(shí)為1670 mAh／g，鋰化為L(zhǎng)i2Se時(shí)為675 mAh／g。從理論上來(lái)看，能提供高能量密度，鋰硫電池為2600Wh／kg和2800 Wh／L，鋰硒電池為1160 Wh ／kg和2530 Wh／L。而且，材料成本相對(duì)較低，鋰硒電池為41美元／kWh，鋰硫電池為15美元／kWh。

自從硫和硒被用作電池電極以來(lái)，對(duì)鋰硫和鋰硒電池的研究備受關(guān)注。以前的研究主要集中于具有固態(tài)鋰金屬負(fù)極、固態(tài)硫或硒正極（呈粉末狀或采用不同的S／C或Se／C復(fù)合材料）和液態(tài)有機(jī)電解質(zhì)的電池上。然而，由于使用的是固體鋰金屬和液體有機(jī)電解液，上述電池結(jié)構(gòu)存在一定問(wèn)題（1）循環(huán)不穩(wěn)定，庫(kù)侖效率低，因?yàn)樵谝簯B(tài)有機(jī)電解液中，短鏈Li2Sx或Li2Sex溶解，會(huì)引起穿梭效應(yīng)；（2）液體有機(jī)電解液非常易燃，容易引起安全問(wèn)題；（3）鋰負(fù)極出現(xiàn)枝晶生長(zhǎng)，并與電解液發(fā)生副反應(yīng)。鄭州大學(xué)金教授等人表示“在充放電過(guò)程中，固體硫和硒的體積變化較大，引起活性硫和硒與集流器分離，導(dǎo)致循環(huán)不穩(wěn)定，并降低硫和硒的利用率。這些問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了鋰硫和鋰硒電池的發(fā)展?！?/p>

SELL－S和 SELL－Se電池中含有液態(tài)鋰金屬負(fù)極、帶炭黑的熔融S或Se正極、LLZTO陶瓷管電解質(zhì)。鋰金屬負(fù)極位于LLZTO管中，其中插入一根不銹鋼棒，作為負(fù)極集流器。在LLZTO管外的不銹鋼圓柱形容器中，插入帶有炭黑導(dǎo)電添加劑的S（Se）正極（質(zhì)量比S或SeC＝ 91），通過(guò)LLZTO管與鋰負(fù)極進(jìn)行物理和電子分離。同時(shí)，不銹鋼圓筒作為正極集流器工作。熔融S和Se所需的導(dǎo)電碳只占總電極重量的10％，所以，固定負(fù)載最小。