历经10年研究,锂硫电池技术终于成熟,电动汽车的续航再提升三倍

行业 (55) 2个月前
据最新消息报道,锂硫电池即将商用,这无论是对于工业界还是学术界来说都非常的震惊!
锂硫电池的理论能量密度高达2600Wh/kg,相当于目前磷酸铁锂电池能量密度的18倍!锂硫电池的成功商用,对于电动汽车行业来说,无异于是革命性的突破。
最先发布这个消息的是德国的一家电池研究机构Theion,这个机构拥有30多名世界知名的电池科学家,这也是为什么他们的消息引来众多外媒争相报道的原因之一。
最近锂硫电池特别吸睛,学术界一连好几篇大文章报道了其技术的突破性进展,只是没想到这么快就即将商用,令人感到不可思议。
 

虽然锂硫电池拥有超高的能量密度,但是它的一些致命短板导致它迟迟无法商用,比较主要的问题有几个:
充放电过程中阴极产生的多硫化物会溶于电解质,导致电池容量急剧下降,循环寿命非常短,甚至一个循环后电池就会失效。这也是制约它商用的一个致命短板。
硫的电子导电性和离子导电性都很差,不利于电池的高倍率性能。
硫在充放电过程中,体积的变化非常大,有可能会导致电池损坏。
因此,科学家尝试了很多办法来解决这些问题,比如在过去的十年中,大多数的锂硫电池采用醚来代替碳酸盐作为电解质,因为醚不会与多硫化物发生反应,锂硫电池也因此表现出了卓越的性能。
但是醚电解质极易挥发,故而在电池温度高于室温时电池容易发生故障。
另外,在阴极材料上,将硫与碳材料复合,利用碳材料的硬度来解决体积膨胀的问题,同时改善硫的导电性。
尽管,最近学术界在以上解决方案中取得了一些突破性进展,但是离商用还有一定的距离。
那么,Theion研究机构在锂硫电池技术上做了什么,以至于他们研发的新型电池能那么快商用呢?
 

其首席执行官Ulrich Ehmes博士说:“现有的电池技术使用镍、锰和钴作为阴极,它被称为NMC811,因为它含有80%的镍、10%的钴和10%的锰。在我们的方案中,我们用硫磺代替了这个NMC811。所以我们没有镍,没有锰,没有钴,我们用石墨烯代替了当前的铜和铝的集体折叠,所以我们的电池中也没有铝和铜。我们的电池中只有锂金属箔、硫和碳。为了使这项技术发挥作用,硫必须熔化形成晶体。”
他们的技术是将硫的晶体材料特性与碳纳米管和专利固体电解质结合在一起,硫晶体与碳纳米管结合解决了硫的导电性及体积膨胀问题,固体电解质用以防止不良化学反应的产生。
经过十年的努力,他们研发的新型锂硫电池在保证了高能量密度的同时延长了电池的循环寿命。
目前,他们的第一代技术已经将锂硫电池的能量密度做到了500Wh/kg和800Wh/L,他们的目标是在2023年,第二代技术将锂硫电池的能量密度提高到700Wh/kg和1000Wh/L;在2024年,第三代技术将锂硫电池的能量密度提高到1kWh/kg和1200Wh/L!
他们声称,仅第一代电池就能将电动汽车的续航里程提升三倍!达到一次充电行驶900英里(1440公里)的里程!但是目前他们并不打算将其技术提供给电动汽车行业,而是提供给航天工业。
 

他们打算到2024年,再将其技术提供给电动汽车行业,到那时,电动汽车的续航里程会得到极大的提高,此外,电池重量只有225公斤,比目前大多数电动汽车的电池都要轻。
当然,这么大能量密度的电池也有一定的缺点,就是充电时间会比较长,使用普通家用充电器大约需要30小时才能充满,使用最快的直流快充充电器也可能需要一个多小时才能将电池充到80%。
另外,这些新型电池的循环寿命还不是很长,目前只有1000次循环,这可能也是锂硫电池的一个特点。
但是充一次电可以拥有超高的续航,1000次循环寿命也足够了。
鉴于锂硫电池价格比较低,如果他们能按目标交付新型的锂硫电池,电动汽车的价格将大幅下降,续航里程焦虑也将会消除。

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