在此,斯坦福大學崔屹教授聯合清華大學深圳國際研究生院周光敏副教授通過考慮設計實用化Li-S電池技術的所有關鍵參數,分析了電池循環過程中能量損失的潛在原因,確定了兩個關鍵描述符(Rweight和Renergy)分別代表全電池能量密度的質量和能量級折衷。同時,提出了基于硫載量、硫質量比、電解液/硫比和正/負極材料比等關鍵參數的能量密度計算公式,總結了實現高能量密度Li-S電池的關鍵參數。此外,對當前Ah級Li-S電池的研究進展也進行了總結和分析。最后,提出了設計實用化的高性能Li-S電池的未來研究方向、目標和前景。相關論文以“Formulating energy density for designing practical lithium-sulfur batteries”為題發表在Nature Energy。圖文詳情鋰離子電池(LIBs)是為便攜式電子產品和電動汽車供電的主要儲能技術。然而,它們目前的能量密度和成本無法滿足不斷增長的市場需求。探索傳統LIBs 系統之外的新電池系統是至關重要的。表1比較了幾種常用可充電電池系統的重量能量密度、相應的行駛距離和成本。由于硫(S)正極的多電子氧化還原反應,Li-S電池具有2567 Wh kg-1的高理論比能量和≥600 Wh kg-1的全電池能量密度。但大多數報道的研究都是在低硫負載、過量電解液和不受控制的鋰負極條件下使用扣式電池進行測試的。大量的非活性材料大大抵消了高能優勢,從而限制了它們的實用性。為了實現高能量密度的Li-S電池,所有這些關鍵參數都需要仔細考慮。
Zhou, G., Chen, H. & Cui, Y. Formulating energy density for designing practical lithium-sulfur batteries. Nat Energy 7, 312-319 (2022). https://doi.org/10.1038/s41560-022-01001-0