高体积能量密度锂-硒电池研究获进展

锂离子电池作为一种高效的储能装置备受青睐,已经广泛用于便携式电子设备,目前正努力开发使其应用于新能源电动汽车及其它大规模储能设备中,从而降低人类对化石能源等不可再生资源的过度消耗和依赖,减少温室气体对全球气候的影响以及对城市的空气污染。

随着人们对日用电子消费产品以及电动汽车的要求不断增加,发展高能量密度的电池体系早已是大势所趋。锂-硫电池的理论体积能量密度为3467 mA h/cm3,有望显著提高电动汽车的续航里程,但是在充放电过程中如何抑制多硫离子的溶解和避免锂枝晶的产生一直制约着锂硫电池的发展和使用。锂-硒电池具有与锂-硫电池相似的体积能量密度(3253 mA h/cm3),而且硒的导电性和电化学活性都远远高于硫,但是在充放电过程中多硒化物的产生和穿梭效应的存在是锂-硒电池一直以来都无法克服的难题。

<img class="aligncenter wp-image-9862" dgfev online casino title=”anie2″ src=”https://www.materialsviewschina.com/wp-content/uploads/2013/07/anie2.jpg” alt=”” width=”372″ height=”361″ />

最近,中国科学院化学研究所郭玉国研究员等提出了一种新型锂-硒电池,这种电池将硒与介孔碳复合再结合水溶性粘结剂,同时解决了多硒化物的形成和穿梭效应两项关键技术难题。通过碳与硒之间的相互作用,使硒在反应中形成了链状的Sen分子,有效抑制了多硒化物的产生,有效避免了充放电过程中的“多硒离子穿梭”效应。通过XRD及XPS证实,该反应与之前多报道的锂-硒电池不同的是在反应中先形成了Se8分子,然后转换为Li2Se,避免了Se-Se键的产生,并使得Se与Li2Se之间的转化完全可逆,库伦效率得到了显著地提高,容量也直逼Se的理论值,显著地提高了电池的使用寿命。这种新颖的电极材料和反应机理为钠/镁等电池的研究和开发奠定了基础。

About 张 新波

研究员,博士生导师,中科院“百人计划”入选者;任职于中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室;所在课题组主要从事清洁能源材料和高能化学电源等高效储能基础和应用研究。