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提高液流电池的能量效率和系统的可靠性、降低其成本是液流电池大规模普及应用的重要课题。开发高性能电池材料、优化电池结构设计、降低电池内阻是技术关键。最近,笔者的研究团队通过电池材料创新和结构创新,使全钒液流电池单电池在80mA//cm2的工作电流密度下,充放电能量效率由几年前的81%提高到93%,充分证明其有着广阔的发展空间和前景。
锂硫电池技术
近年来,传统的锂离子电池技术不断进步但是电池的比能量仍然不能满足应用的要求,电池技术依旧是便携式电子设备和电动汽车发展的最大瓶颈。为实现高比能量电池技术的创新性突破,科学工作者将突破方向选择为能量密度更高的锂硫电池和锂空气等金属空气电池,并取得了一定进展。一些新型电池技术已经看到了实际应用的曙光。
锂硫电池是以硫元素作为正极、金属锂作为负极的一种电池,其理论比能量密度可达2600Wh/kg,实际能量密度可达450Wh/kg。同时单质硫价格低廉、产量丰富、环境友好,是目前最接近产业化的高比能电池技术。
国际上,锂硫电池的代表性研发厂商有美国的Sion Power、Polyplus、Moltech,英国Oxis及韩国三星等,其中以Sion Power 公司的结果最具代表性。2010年,Sion Power 公司将锂硫电池应用在无人机上,白天靠太阳能电池充电,晚上放电提供动力,创造了无人机连续飞行14 天的纪录,是锂硫电池较为成功的应用实例。在国内,锂硫电池的研究主要集中在中科院大连化物所、中国防化研究院、北京理工大学等科研单位,在近年内取得迅速发展。目前,国内所开发的锂硫电池在能量密度上已经处于世界领先地位(>450Wh/kg),但是正常充放电几十次之后,能量密度就大幅度衰减,其循环寿命亟待提高。
近年来,锂硫电池是世界各国竞相研发的尖端技术,其产业化前景被普遍看好。如何大幅提高该电池的充放电循环寿命、使用安全性,将成为锂硫电池产业化发展的关键。
金属空气电池技术
笔者1988年在日本九州大学综合理工学院获得工学博士,准备回国工作,请教恩师今后如何选择研究方向时,恩师回答我:“如果要做材料,建议你研究低维材料(纳米超细粉、纳米线及纳米膜材料),如果要做电池,建议你关注金属空气电池。金属空气电池的关键和难点是空气电极材料和结构,如果能解决空气电极的问题,电池技术就会产生革命化的进步。”20多年过去了,金属空气电池特别是锂—空气电池已经引起了人们的高度关注,并取得许多重大进展。
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