前沿

　　全固态锂硫电池能量

　　密度为锂离子电池4倍

　　本报讯  物理学家组织网近日报道，美国能源部橡树岭国家实验室（ORNL）的科学家设计出一种新型全固态锂硫电池，其能量密度（即每单位能源存储量）约为目前电子设备中广泛使用的锂离子电池的4倍，且成本更低。

　　几十年来，锂硫电池一直被科学界看好，其比锂离子电池效率更高且成本更低，但电池内使用液态电解质一直是科学家的桎梏。液态电解质会通过溶解多硫化物从而帮助锂离子在电池中传导，不过使用寿命较短是其最大弱点。

　　新的设计方法首先合成出一种富含硫的新物质，并将其作为电池的阴极，其能传导锂离子和传统电池阴极中使用的硫金属锂化物。随后，再将其同由锂制成的阳极和固态电解质结合在一起，便可制造出这种能量密度较大的全固态电池。

　　固态电解质不仅消除了硫溶解的问题，还避免了与锂金属接触，所以新电池的安全性更高。此外，新锂硫电池中使用的硫是处理石油后剩下的副产品，原料丰富且成本低，储能效果更好，这使得新电池具有很大的市场竞争力。

　　测试结果表明，新电池在60摄氏度下，经过300次充放电循环后，电容可维持在1200毫安小时/克，而传统锂离子电池的平均电容为140至170毫安小时/克。因为锂硫电池携带的电压为锂离子电池的一半，平均电容为其8倍，所以新电池能量密度约为传统锂离子电池4倍。

　　（焦旭）

　　铂分解技术让燃料电池

　　更具成本效益

　　本报讯  由麦克马斯特大学、加拿大光源中心（CLS）、巴拉德动力系统公司联合组成的研究团队日前发现，通过使用CLS的同步加速器，将昂贵的铂金属分解成纳米粒子（或是单个原子）可制造出更低成本的燃料电池。

　　研究人员开发出一种利用原子层沉积（ALD）的新方法。这种表面科学技术可用于对化合物进行沉积，创建单原子催化剂。

　　通常用作催化剂的铂金属成本昂贵，但其只有表面的原子可起作用。表面之下的其他原子不具有催化剂的功能，铂的有效利用率仅为10%—20%。通过分散铂金属的方式，可大大提高每个原子的使用效率。同步辐射和超高分辨率透射电子显微镜在跟踪铂的化学特性及其表现方面发挥了很大作用，说明该技术已基本可将铂分解得尽可能小，从而使其表面积最大化。

　　CLS产业科学部主任杰夫·卡特勒表示，科学家已利用CLS的硬X射线显微分析（HXMA）光束确认了该成果。CLS同步加速器是全球纳米材料研究的最高级设备之一，巴拉德公司是全球顶尖燃料电池生产商，强强合作是成功研发下一代燃料电池的关键。

　　（焦旭）

　　高效锌空气电池

　　低成本引发关注

　　本报讯  美国斯坦福大学的科学家日前研发出一种高能锌空气电池，其催化活性和耐用度都比同类使用铂或铱等贵金属制成的电池要高很多。该技术将促进除锂电池外的低成本电池大规模开发。

　　在此之前，科学家的研究重心一直集中在锂电池的开发上，但锂电池产品存在能量密度有限、高成本及安全隐患等问题。相比较而言，在与空气充分接触的情况下，金属—空气电池在理论上要比传统的液体电池及锂电池具有更大的能量密度。此外，在所有金属—空气电池中，锌空气电池在技术和成本上是最具推广和普及性的。

　　锌空气电池将大气中的氧与金属锌溶合在液态碱性电解质中，从而产生电能和副产品—氧化锌。在充电过程中，这一化学反应发生逆转，重新生成氧气和金属锌。从而保持反应循环不断。

　　斯坦福大学化学系教授戴维博士表示，锌空气电池是一种极有潜力的产品，因为锌金属储量丰富，且水电解质不易燃，使得这种电池具有成本低，并有较高安全性的优点。初级的非充电锌空气电池已经应用在医疗和通讯领域。

　　然而，这种电池的研发也面临极大的挑战：电池在反复充电过程中缺乏足够的空气作为催化剂；锌电极的循环使用寿命目前也有限制。

　　针对这些问题，科学家正在为锌空气电池研发使用非贵金属氧化物或纳米晶体杂化碳纳米管制成的电催化剂。这种催化剂在碱性电解质中具有比贵金属催化剂更高的催化性和持久性。

　　其中，钴氧化物混合空气催化剂和氢氧化铁混合空气催化剂可以为锌空气电池充电提供更高性能的催化作用，该技术使锌空气电池具有相当于锂电池双倍的能量密度。同时，在充放电过程中还表现出优秀的可逆性和稳定性。

　　（焦旭）