多硫化碳炔：锂电池的“黑科技”来了！

多硫化碳炔：锂电池的“黑科技”来了！

引用

科学网

等

4

来源

1.

https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2024/6/380148.shtm

2.

https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2024/6/525074.shtm

3.

https://www.qlit.edu.cn/hxswxy/jgky/kxyj/2024/1128/50878.html

4.

https://gngfzxb.ecust.edu.cn/article/doi/10.14133/j.cnki.1008-9357.20240619002?viewType=HTML

近年来，随着全球能源格局的深刻变革，开发高效、可持续的能源存储技术已成为科学研究的重要课题。在众多新型电池材料中，多硫化碳炔以其独特的性能优势，正在成为锂电池领域的“黑科技”。

多硫化碳炔是一种具有超高理论比容量和良好循环性能的材料，特别适合用作锂电池的正极材料。其最大特点是实现了“主链导电、侧链储能”的独特结构，有效解决了传统锂硫电池存在的导电性差和放电产物溶解等问题。

研究表明，多硫化碳炔具有以下显著优势：

• 比容量高：大于500mAh/g
• 安全性好：不会因氧化产生化学热
• 资源丰富：主要由碳、氮、硫等元素组成
• 成本优势：可替代稀缺且昂贵的镍、钴元素

在多硫化碳炔家族中，硫化聚丙烯腈（SPAN）因其优异的性能而备受关注。这种材料最早由上海交通大学研究团队于2002年提出，经过20多年的研究发展，已经取得了突破性进展。

2014年，研究团队首次验证了硫化聚丙烯腈作为正极材料的可行性，显示其比能量高达520mAh/g。2017年，更先进的电池体系问世，将比能量提升至近700mAh/g。

值得注意的是，硫化聚丙烯腈的商业化应用曾因原料成本高昂而受阻。进口聚丙烯腈试剂价格高达每公斤3300元，严重限制了其大规模应用。然而，这一难题已被攻克。通过优化生产工艺，国产聚丙烯腈的质量已达到进口水平，而价格仅为进口产品的1/300，为大规模商业化应用铺平了道路。

硫化聚丙烯腈基锂电池具有广泛的应用前景。它不仅可以用作储能电池，还适合用作新能源汽车的动力电池。更重要的是，这种电池体系完全符合中国国情：

• 安全性高：采用有机硫化物作为正极材料，避免了金属锂带来的安全隐患
• 资源自主：不依赖进口的镍、钴等稀缺资源
• 成本优势：原材料成本大幅降低
• 技术领先：中国在该领域处于世界领先地位

目前，硫化聚丙烯腈基锂电池仍面临一些挑战，如进一步提高放电电压、优化导电性等。但这些问题正在通过界面工程等技术手段逐步解决。可以预见，在不久的将来，这种发源于中国、安全又高能的新型电池，将在全球能源存储领域占据重要地位。

随着研究的深入和技术的成熟，多硫化碳炔，特别是硫化聚丙烯腈，有望为新能源汽车和便携式电子设备带来革命性的改变。这一创新不仅体现了中国在新能源领域的技术实力，更为全球能源可持续发展提供了新的解决方案。