Saft團隊開發出第一款金屬氫化物-硫鋰離子電池

Saft團隊開發出第一款金屬氫化物-硫鋰離子電池

位于法國的電池主帥Saft與巴黎Est大學的同事們一起，在一個具有硫陰極和LiBH4電解質的完整的固體電池中首次使用納米復合金屬氫化物作為陽極。

該電池單元在1.8V和1.4V時放電平臺顯示了910 mAhg-1的高可逆容量，在超過25個首次充電/放電循環后容量保持在初始值的85%。關于他們的開發的一篇論文發表在“電力學報”雜志上。

由于它們在工作電壓約為2.2V時的高的比能量，鋰-硫（Li-S)電池是下一代可再充電鋰電池最具吸引力的候選材料之一。對于Li-S電池的組裝，由于其高的理論容量（Li,3860 mAhg-1;S,1672 mAhg-1)，作為負極的金屬鋰通常與作為正極活性材料的硫配對，然而，由于電池的起火或爆炸，使用金屬鋰會產生嚴重的安全隱患，因此，考慮用高容量陽極替代，不失為一個有趣的方法。

近年來，由于鋰離子電池（LiBs)其理論Li儲存容量高，因此金屬氫化物（MH）已經被提出來作為鋰離子電池的突破性的負極材料，而其合適的工作電位為0.1-1.0V，相對于Li+/Li.MgH2和TiH2分別表現出2038 mAhg-1和1074 mAhg-1的高的理論容量。平均電位分別為0.5和0.16V對Li+/Li。這些氫化物在具有LiBH4為固體電解質（SE）及金屬鋰作為陽極的全固體（ASS）電池單元中表現出優異的性能，然而，它們作為負極活性材料在完整的電池單元中實施尚未實現。

需要找到具有相似的理論容量和與電解質相容性的合適的鋰基正極材料以使它們配對。在這種情況下，硫/硫化鋰(S/Li2S)氧化還原對似乎是理想的候選者。實際上其已經被證明。在采用LiBH4作為固體電解質（在50次循環之后～800 mAhg-1）的ASS電池中提供了優異的相容性和性能。由于這個鼓舞人心的背景，我們決定在一個ASS電池中使用集成的S/Li2S對來評估MH陰極的性能。

——López-Aranguren等

該團隊使用一種氫化物基納米復合材料0.8MgH2-0.2TiH2作為陽極材料，LiBH4由于其在120℃時的10-3Scm-1的高的Li+導電率而作為固體電解質。

該電池單元的氧化還原反應可以寫為：

Li2S+MgH2/TiH2←→S+2LiH+Mg/Ti1.7/2.0V對Li=Li+

據我們所知，這是最好的第一個使用金屬氫化物作為陽極的高容量全固體電池，對該氧化還原系統，設想了在較低溫度下與高Li+導電率的其他固體電解質如Lim(BH4)nX(X=CI.Br.I)的相容性。為了提高電池的整體性能，將對陰極和陽極復合材料作進一步的研究。

——López-Aranguren等

根據第607040號授權協議，通過Marie CurieITN ECOSTORE項目，該研究得到歐盟第七框架計劃的資助以用于研究技術開發和示范。

（信息來源：2017.5.5 Green Car Congress) 戴朝典 編譯