从钼和硫开发新的混合阴极可以增加未来锂离子电池的重量和体积能量密度

从钼和硫开发新的“混合”阴极可以增加未来锂离子电池的重量和体积能量密度。锂离子电池由三个主要部分组成。阴极是在放电期间存储锂离子的正电极。阳极是负电极，其中锂离子在充电循环期间被储存。第三组分是电解质，其允许锂离子在两个电极之间自由移动。在商用锂离子电池单元中，阳极通常由碳石墨层制成，其可以在称为嵌入的过程中保持锂离子。电解质通常是有机液体材料，阴极由过渡金属氧化物制成。

锂离子电池的所有三个组件都经过深入研究，以寻找不仅增加每磅能量输出(重量能量密度)，而且增加每升能量(体积能量密度)的方法。这两个目标通常很难同时实现。Amphenol正弦系统ATV Series™重载连接器具有18位腔体布置，耐用的热塑性外壳，法兰安装或直列式功能，用于配合的集成闩锁和一体式界面密封。

麻省理工学院最近发布的新闻稿描述了麻省理工学院和中国的研究人员为开发新版阴极而开展的工作。在发布中，该团队将他们的概念描述为“混合”阴极。这是因为它结合了两种不同方法的方面来增加重量能量密度和体积能量密度。新的阴极结合了一种称为Chevrel相的硫化钼和纯硫，结果表明，重量和体积能量密度都可以实现。

在典型的锂离子电池中，阴极由过渡金属氧化物制成，例如锂钴氧化物，并且已知为插层型。根据麻省理工学院的新闻稿，插层阴极可以“......提供高体积能量密度 - 由于它们的高密度，每体积包装很多。这些阴极可以保持其结构和尺寸，同时将锂原子结合到它们的晶体结构中。“

还有另一种类型的阴极，称为转化型，使用硫在结构上转化，甚至可以暂时溶解在电解质中。“从理论上讲，这些[电池]具有非常好的重量能量密度，”麻省理工学院核科学与工程教授，材料科学与工程学教授朱莉说。“但体积密度很低，”部分是因为它们往往需要大量额外的材料，包括过量的电解质和碳，用于提供导电性，“他在新闻稿中补充道。

在他们的新混合系统中，研究人员已设法将这两种方法结合到一个新的阴极中，这似乎可以改善两种能量密度。他们使用硫化钼和纯硫的颗粒并压缩它们以制造固体阴极。“它就像底漆和TNT一样是爆炸性的，一种速效的，一种是每重量能量更高的一种，”李说。

组合材料的导电性也相对较高，这减少了对通常提供导电性所需的碳的需求。Li表示，典型的硫阴极由20%至30%的碳组成，但新版本仅需要10%的碳。

新的混合阴极提供令人鼓舞的结果。据新闻报道，“今天的商用锂离子电池的能量密度约为每千克250瓦特小时和每升700瓦特小时，而锂硫电池最高可达每千克400瓦特小时，但仅限于每升400瓦时。Li说，新版本的初始版本尚未通过优化过程，已经达到每公斤超过360瓦时和每升581瓦时。在这些能量密度的组合方面，它可以击败锂离子电池和锂硫电池。“

随着进一步的工作，李说，“我们认为我们可以达到每公斤400瓦时和每升700瓦时，”后者的数字与锂离子相当。结果看起来很有希望的一个原因是研究的方式。该团队不再测试容量仅为几毫安时的小型纽扣电池，而是生产出容量超过1,000毫安时的三层袋式电池。通过构建与某些商用电池(如电动汽车中使用的电池)相当的测试电池，他们能够更好地评估新型混合阴极的性能。进一步的工作将包括改善电池在失去太多电力之前可以经历的充电 - 放电循环次数。李说，“......不是阴极的问题”;它与整体电池设计有关，

高级编辑凯文克莱门斯30多年来一直在撰写有关能源，汽车和交通主题的文章。他拥有材料工程和环境教育硕士学位以及机械工程博士学位，专攻空气动力学。他在他的工作室里建立了几个关于电动摩托车的世界陆地速度记录。