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研究人员报告说,玉米淀粉的成分和鸡蛋的蛋黄壳结构可以提高锂硫电池正极的耐久性和性能。
锂硫电池是当今锂离子电池的有前途的替代品。
“目前,对高能量,长寿命和低成本储能材料的需求很大,锂硫电池是最有前途的候选人之一,”赫克托·阿布鲁尼亚斯教授的前博士后研究员周卫东说。康奈尔大学的两篇论文的第一作者,发表在ACS Nano和《美国化学学会杂志》上。
“从电动汽车到太阳能和风能,无数的更好的锂基电池技术应用。”
不稳定的电池
“锂硫电池可能提供的能量密度是当今通常使用的锂离子电池的五倍,”Abruña的博士研究生,JACS出版物的第一作者,Yingchao Yu说。“但是锂硫电池不是一个稳定的系统,因为它的容量在短时间内会逐渐下降。”
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约50个充电周期后,由于一种称为多硫化物穿梭效应的现象,锂硫电池的能量密度迅速降低,这是当电池阴极(正端)中的多硫化物链溶解在电解质中时,电离液会允许电子流动。
为了解决这个问题并稳定硫,研究人员使用了支链淀粉,支链淀粉是玉米淀粉的主要成分。
“玉米淀粉可以通过氢键有效包裹氧化石墨烯-硫化物复合物,从而将多硫化物限制在碳层之间,” ACS Nano出版物的第一作者,曾在弗朗西斯实验室工作的博士生陈浩说。 DiSalvo,论文的共同作者兼化学和化学生物学教授。“作为添加剂,它大大改善了电池的循环稳定性。”
鸡蛋设计
在提高锂硫电池耐用性的另一种方法中,研究人员还报告了一种通过合成纳米复合材料来制造锂硫阴极的新方法,该复合材料由硫包覆并涂覆了一种常见的,廉价的导电聚合物聚苯胺,并以鸡蛋装在壳中,但内部有移动的空间。
以前已经以“核-壳”结构合成了类似的硫-聚苯胺复合材料,但新方法在聚合物壳内提供了一个内部空隙,称为“卵黄-壳”结构。
“当锂硫电池完全放电时,硫的量急剧增加到200%。如果您考虑蛋黄的美丽,那么里面会有一些空的空间,蛋黄可以扩展。” Yu说。
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聚苯胺涂层(化学上是带有铵的苯环并串成交联链),也柔软而有弹性,可以防止长时间循环中的“壳”破裂。
这些创新的临时专利已通过康奈尔技术,商业化和企业中心提交。康奈尔(Cornell)一家名为Lionano Inc.的新兴公司现在正在将这些技术推向市场。
由美国能源部资助的能源前沿研究中心-康奈尔大学能源部和能源材料中心资助了这些论文。在国家科学基金会材料研究科学与工程中心计划的支持下,研究人员使用了康奈尔材料研究中心的电子显微镜设备。
安妮·朱·康奈尔(Anne Ju-Cornell)
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