據物理學家組織網報道,美國能源部下屬的橡樹嶺國家實驗室(ORNL)的科學家設計出了一種全新的全固態鋰硫電池,其能量密度約為目前電子設備中廣泛使用的鋰離子電池的4倍,且成本更低廉.相關研究發表在本周出版的世界頂尖化學期刊《德國應用化學國際版》上.

該研究的領導者梁誠督(音譯)表示:"新電池中用到的電解質也是固體,這種設計思路完全顛覆了已延續150年到200年的兩個電極加一堆電解液的固有電池概念,也解決了其他化學家一直擔心的易燃問題."

幾十年來,科學家們一直很看好鋰硫電池,其比鋰離子電池效率高且成本低.但壽命短是其最大弱點,因此一直未被商用.另外,電池內使用液體電解質也成為科學家們的桎梏.一方面,液體電解質會通過溶解多硫化物從而幫助鋰離子在電池中傳導.但不利的是,這一溶解過程會使電池過早地被損壞.

現在,該ORNL研究團隊的新設計方法清除了這些障礙.首先,他們合成出了一種富含硫的新物質并將其作為電池的陰極,其能傳導鋰離子和傳統電池陰極中使用的硫金屬鋰化物,隨后,再將其同由鋰制成的陽極以及固體電解質(也由ORNL的研究人員研發而成)結合在一起,制造出了這種能量密度大的全固態電池.

梁誠督表示:"電解質由液體變成固體這一轉變消除了硫溶解的問題,而且,由于液體電解質容易同鋰金屬發生反應,所以,新電池使用固體電解質后安全性也更高.另外,新鋰硫電池中使用的硫是處理石油后剩下的副產品,來源豐富且成本低廉,也能存儲更多能量,這就使新電池具有成本低廉、能量密度大等優點."

測試結果表明,新電池在60攝氏度的溫度下,經過300次充放電循環后,電容可以維持在1200毫安小時/克,而傳統鋰離子電池的平均電容為140至170毫安小時/克.梁誠督表示,因為鋰硫電池攜帶的電壓為鋰離子電池的一半,平均電容為其8倍,所以,新電池的能量密度約為傳統鋰離子電池的4倍.

盡管新電池仍然處于演示階段,但研究人員希望盡快將這項研究由實驗室推向商業應用,他們正在為此技術申請專利.