成本低廉的造紙衍生物質,搖身一變成鋰硫電池電極材料

作者 | 發布日期 2018 年 04 月 06 日 10:13 | 分類 材料 , 零組件 , 電池 follow us in feedly

造紙工業一種很常見的副產品:木質磺酸鹽,已被壬色列理工學院科學家證明可做為鋰硫電池的低成本電極材料,目前研究小組創建了一款手錶鋰硫電池原型,下一個工作將試著擴大原型。



鋰硫電池能量密度至少是鋰離子電池的兩倍之多,因此儘管可充電鋰離子電池是市場當紅炸子雞,科學家還是對鋰硫電池的開發產生濃厚興趣。

可充電電池主要由兩個電極、電極間的液體電解質以及隔離膜組成,鋰硫電池的陰極由硫碳基質構成,陽極使用鋰金屬氧化物。在元素形式中,硫是不導電的,但當硫在高溫下與碳結合時會變得高度導電,因此被看好應用於新型電池技術中。

然而,鋰硫電池的一大挑戰是硫很容易溶解到電池電解質中,導致兩側電極在循環僅僅幾個週期後就惡化,儘管科學家試圖使用不同形式的碳如:奈米碳管、復雜的碳泡沫等將硫穩在適當位置,但成效有限。

壬色列理工學院研究團隊現在找到一種簡單方法,可以從單一原材料中創造出最佳的硫基陰極,他們將造紙工業的主要副產品木質磺酸鹽(lignosulfonate)進行乾燥處理,然後放到石英爐管(quartz tube furnace)中加熱至 700℃,於高熱之下驅除大部分硫氣,但留下一些多硫化物(硫原子鏈),可深度嵌入活性碳基質中。

研究人員重複加熱過程好讓適量硫嵌入碳基質中,接著將材料研磨並與惰性聚合物黏合劑混合,於鋁箔上形成陰極塗層,證實可以用這種廉價、豐富的造紙衍生物質來建構鋰硫電池。

目前團隊設計了一款鋰硫電池原型,規格為手錶電池,可循環充放電約 200 次。下一步工作是擴大原型,以顯著提高放電率和電池循環壽命,使電池有機會為大型數據中心供電、微電網和傳統電網提供更便宜的能源存儲選項。

(首圖來源:壬色列理工學院