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詳解鋰硫電池技術：面臨成本與耐久性挑戰

時間:2015-11-17 09:18來源:科技日報作者:西顧

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　　電池聯盟網訊美國媒體日前發表文章指出，不論電池組驅動的純電動汽車，還是燃料電池電動汽車，都存在成本和耐久性挑戰。主要技術難點包括：

　　鋰離子電池組比能明顯超過0.25千瓦時/千克的電池系統，至今都沒能實現。因此對于中型車市場而言，基于鋰離子電池組驅動的純電動汽車單次充電續航里程超過300公里暫時還沒有理論可能，即便有相關產品問世，價格也是一般消費者難以承受得起的。

　　以鋰作為基礎的鋰/空氣或者鋰/氧氣電池系統，目前缺乏穩定的電極組件和電解質材料，無法保證在充放電循環過程中氧氣的再生還原率達到100%。所以未來的基礎研究和材料開發中，要對鋰/氧氣電池的可行性展開進一步的驗證。

　　鋰/硫電池組很難獲得理想的比重能量密度，無論采用何種電極材料，鋰/硫電池組可達到的比體積能量密度都大幅度低于傳統鋰離子電池組。為了使得電池單元的比重能量密度具有競爭力，鋰/硫電池組需要相當大的表面積容量（大于4毫安時/平方厘米）和非常高的陰極硫含量（大于60%）。

　　在比體積能量密度方面，鋰/硫電池組單元完全比不上傳統鋰離子電池組。但是考慮成本因素，鋰/硫電池組可能有一定優勢，因為提高生命周期和安全性的附加部件（擴散膜等）價格相對較低。如果固體電解質界面膜被研發出來阻止電解液的持續消耗，應用硅材料取代金屬鋰作為陽極材料，將有可能提高能量密度和延長生命周期。鋰/硫電池組的硅陽極依然是一個開放性問題，涉及到怎樣與鋰相兼容，方法包括工業可行的預處理鋰化工藝，或者用硫化鋰代替硫陰極。

　　在過去的十年中，氫氣燃料電池得到了非常大的進步。陰極高活性催化劑理念正將每輛燃料電池汽車的鉑金使用量縮減到10克以下。脫合金化技術加工的新類型鉑/鋁催化劑展示了出色的電壓循環穩定性，達到美國能源部設定的標準。現在的挑戰是把先進的催化劑理念與高耐久性載體材料結合到一起，以便確保在整個汽車使用期限內燃料電池的性能表現。除此之外，低鉑金負載造成的質量傳輸損失還需要得到更詳細的理解，從而更好地降低損失量。燃料電池介質膜面臨的最主要挑戰是，發掘那些適用于高工作溫度和相對低濕度環境下的材料，幫助簡化系統設計、提高排熱效率以及減小空氣壓縮機的能量損失。

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