国际能源网讯:degli Studi di Roma La Sapienza大学的研究人员于2010年3月12日宣布,开发出新型高性能聚合物锡硫锂离子电池,其优点是具有硫锂电池化学性高的理论单位能量和能量密度(分别为2,500 Wh kg-1和 2,800 Wh L-1),可克服这一类型化学阻碍商业化的缺陷。
与采用硫阴极和锂金属阳极的常用常规途径不同,Jusef Hassoun 和 Bruno Scrosati开发了锂-无金属离电池,使用碳锂硫化物复合材料作为阴极,锡碳复合材料作为阳极。该一开发成果已发表于《Angewandte Chemie》杂志国际版上,业已验证了该电池的单位能量达1,100 Wh kg-1。
锂硫电池基于电化学反应:
16Li + S8 8Li2S
而锂离子电池使用的过程称之为插入法,通过将离子插入电极中的分子之间来贮存锂离子,锂硫电池依赖于在大量稳定的中间体硫化物离子中使用硫的多步氧化还原。这一贮存过程,在理论上,可减小对电极结构的限制,因此在相似的体积下可提高能力。
在常规的途径中,在负电极中,放电时锂被溶解入溶液中,充电时反之。中间体硫化物离子的稳定性取决于电解质中使用的溶剂,电池的电压与放电能力分布因而取决于所使用的溶剂。
也可采用凝胶型式的聚合物膜来取代常用的液体有机溶液。驱动电化学过程所必需的锂离子用Li2S/C阴极来提供时,能接受和释放锂离子的任何材料均可被选用作为阳极,来替代锂金属。研究人员选用锡/碳纳米复合材料,重量比为Sn/C 1:1。改进的Sn/C电极的单位能力可与Li2S/C电极相匹配,Sn/C具有高的化学稳定性。
电化学过程基本上是锂硫化物转变为硫,释放出锂离子:2.2Li2S/C→2.2S+C+4.4Li++4.4e-。锂离子通过电解质迁移达到阳极,在此与锡金属形成合金:4.4Li++Sn/C+ 4.4e-→Li4.4Sn+C。整个过程为锂-锡合金与元素硫生成锡金属和锂硫化物的可逆反应。