中國儲能網訊：鋰硫電池具備更高能量密度、更長效動力、更低成本且環(huán)保優(yōu)勢明顯，目前國內外相關機構都有研究，其商業(yè)化應用前景可期。但目前還面臨“穿梭效應”等技術障礙，未來能否在眾多電池技術中脫穎而出仍待觀察。
近日，鋰硫電池技術研發(fā)接連取得突破：澳大利亞莫納什大學開發(fā)出超高容量的鋰硫電池，其性能是鋰離子電池的四倍以上，一次充電可支撐電動汽車行駛超過1000公里；英國曼徹斯特大學研究團隊研發(fā)出一種新型材料，可使鋰硫電池蓄電量大幅提升；廣東工業(yè)大學林展教授團隊在改善鋰硫電池循環(huán)穩(wěn)定性方面取得重要進展……
什么是鋰硫電池？在三元鋰電池大行其道的今天，國內外企業(yè)不約而同地加大對鋰硫電池的研發(fā)力度，原因何在？
鋰硫電池優(yōu)勢明顯
資料顯示，鋰硫電池是以硫元素作為電池正極，金屬鋰作為負極的一種鋰電池。
正極材料是決定鋰電池性能和成本的重要因素，也是提高電池容量的關鍵。鋰硫電池利用硫作為正極材料，其理論比能量高達 2600Wh/kg，遠遠高于目前市場上廣泛應用的鋰離子電池。
從經濟性角度來看，單質硫儲量豐富，價格低廉，環(huán)境友好。同時，由于硫的易升華及反應產物易溶解特性，在電池回收過程中，回收硫比回收金屬更容易，效益更高。
平安證券分析師趙兵表示，“里程焦慮”是新能源汽車推廣的一大制約因素，現(xiàn)有的鋰電池材料體系即將觸碰到能量密度的“天花板”，尋找其他能較快商業(yè)化的鋰電池新材料，成為動力電池產業(yè)鏈上相關企業(yè)的著力點。因此，具備更高能量密度、更長效動力、更低成本、環(huán)保優(yōu)勢明顯的鋰硫電池成為研究方向之一。
國內外研究正酣
在國外，鋰硫電池研發(fā)以英國Oxis能源公司和美國Sion Power公司最為著名。英國Oxis能源公司是一家專門從事鋰硫電池研發(fā)的技術企業(yè)。日前，Oxis能源公司成功測試了一款能量密度為471Wh/kg的電池電芯樣品，并將在未來一年內再提升至500Wh/kg。據了解，Oxis能源公司已與部分歐洲合作商簽訂電動車用鋰硫電池采購合同。美國Sion Power公司研發(fā)的鋰硫電池則主要涉及無人機和地面車輛、軍用便攜式電源、電動車等領域。2010年，該公司將鋰硫電池應用于大型無人機，打破了飛行高度2萬米以上、連續(xù)飛行時間14天、工作溫度最低-75℃三項無人機飛行世界紀錄。
與一般科學成果僅停留在實驗室不同的是，澳大利亞莫納什大學已經開始著手推進鋰硫電池商業(yè)化進程，今年將在汽車和電網中試用這種電池技術。參與這項研究的副教授馬修希爾表示，研究團隊采用了全新設計，不僅提高了電池性能，延長了電池使用壽命，而且制造過程簡單、成本很低，使用的是水基工藝，可以顯著減少有毒廢物的產生。
與英、美、澳產業(yè)主導不同，我國鋰硫電池技術的發(fā)展目前仍以科研機構和高校為主導：中科院大連化物所研制的能量型鋰硫電池比能量從520Wh/kg、570Wh/kg逐步提升到609Wh/kg，刷新了二次電池比能量在同領域的領先位置，且展示出優(yōu)異的環(huán)境適應性，在-60℃的極寒環(huán)境中仍可工作；北京理工大學教授吳鋒帶領的研究團隊創(chuàng)新鋰硫電池正極材料組裝方法，將分散的導電碳組裝為橢球型結構，顯著提高了正極單位面積的硫載量，電池能量密度達到545Wh/kg；南京大學周豪慎教授課題組開發(fā)出的鋰硫電池，在進行1500次循環(huán)試驗后，仍然維持了900mAh/g的較高充電容量……此外，國軒高科、猛獅科技、桑頓新能源等部分動力電池企業(yè)也在鋰硫電池技術研發(fā)上形成了一定的技術儲備。
商業(yè)化應用前景可期
雖然鋰硫電池優(yōu)勢顯著，但其商業(yè)化應用還面臨一些技術障礙，主要表現(xiàn)在“穿梭效應”上。趙兵解釋，“穿梭效應”就是指在鋰硫電池充放電過程中，由于正極產生的中間產物多硫化鋰易溶解于電解液，這一物質會穿過隔膜向負極擴散，與負極的金屬鋰發(fā)生氧化還原反應，最終造成電池中有效物質的不可逆損失，進而導致電池壽命衰減、容量降低。因此，如何抑制多硫化物的穿梭，成為鋰硫電池研發(fā)的關鍵。同時，硫本身不導電，在充放電過程中會明顯膨脹和收縮，有可能導致材料產生細小裂縫，從而使電池很快磨損。
從鉛酸電池到鎳氫電池，再到今天的鋰電池，新能源汽車發(fā)展始終圍繞著動力電池技術的迭代升級。趙兵表示，不論是三元鋰電池、磷酸鐵鋰電池的大行其道，還是固態(tài)電池受到熱捧、氫燃料電池嶄露頭角，抑或是當下鋰硫電池的研發(fā)突破，動力電池市場的競爭此起彼伏，只有充分滿足新能源汽車的需求，才能站穩(wěn)腳跟、贏得市場。
另有業(yè)內人士表示，相比之下，三元鋰電池能量密度大，但安全穩(wěn)定性仍存短板；磷酸鐵鋰電池安全穩(wěn)定、壽命長，但能量密度稍顯遜色、產品一致性較差；氫燃料電池環(huán)保、續(xù)航里程長，但成本偏高；鋰硫電池性價比較高，能否在眾多電池中脫穎而出，令人期待。
