燃料電池革命或將引爆

　　今年2月份金屬所在高能量密度鋰硫電池方面取得進展外，本月22日，中科院大連化物所陳劍研究員帶領先進二次電池研究團隊，在高比能量鋰硫二次電池方面再度取得重要進展，並研製成功額定容量15Ah的鋰硫電池，形成了小批量製備能力。

　　據中國報告大廳發布的《2012-2017年中國燃料電池市場需求及供需預測分析報告》顯示，隨著鋰硫電池重要技術相繼獲得突破，尤其是海外各大汽車廠商更是不斷追加對燃料電池的投入，相關電池的產業化進程大機率將進一步加快。國內方面，新源動力股份有限公司成立於2001年4月，由中國科學院大連化學物理研究所、長城電工、南都電源、新大洲等單位發起設立，是中國第一家致力於燃料電池產業化的股份制企業。

　　據消息，8月22日，中科院大連化物所陳劍研究員帶領先進二次電池研究團隊，在高比能量鋰二次電池方面取得重要進展，研製成功了額定容量15Ah的鋰硫電池，並形成了小批量製備能力。

　　據了解，經過檢測的電池比能量大於430 Wh/kg，是目前公開報導的容量最大的鋰硫電池，超過Sion Power公司報導的鋰硫電池2.5Ah@350Wh/kg的技術指標，是目前從事鋰硫電池研究的最高水平。

　　鋰硫電池是一種可持續發展的高比能量二次電池，具有元素儲量豐富、成本低廉等優點，是電動汽車動力電池的研究熱點。目前，鋰硫電池的國際技術水平約為比能量350Wh/kg。為此，鋰硫電池的研發目標為，至2016年，鋰硫電池的能量密度達到400-600Wh/kg，有望推動這一電池驅動的電動汽車續航里程超過500公里。

　　根據公開資料顯示，陳劍研究團隊自2009年成立以來，一直致力於發展鋰硫電池新材料和新技術，在理論和技術工藝上有新的突破，獲得很高的理論數據和技術指標。這是大連化物所鋰硫電池研究在科技部「863」計劃和中國科學院納米先導專項「長續航動力鋰電池」項目資助下取得的重要進展。

　　有業內專家表示，單質硫作為鋰硫二次電池正極材料與金屬鋰構成的二次電池體系理論比能量密度可達2600Wh/kg，是商業鈷酸鋰/石墨鋰離子電池（理論能量密度360Wh/kg）的7倍；同時單質硫價格低廉、產量豐富、安全無毒、環境友好，因而鋰硫電池被認為是很有發展前景的新一代電池。

　　數十年以來，鋰離子電池的能量密度不斷提高，並廣泛應用於智慧型手機等領域。但鋰離子電池需要笨重的陰極（一般由氧化鈷等材料製成）來「收納」鋰離子，從而限制了電池能量密度的進一步提高。這意味著，對諸如長距離電動汽車等需要更大能量密度的應用來說，鋰離子電池顯得有點力不從心。

　　據了解，今年6月份，美國國家標準與技術研究所（NIST）、亞利桑那大學和韓國首爾國立大學的研究人員攜手將這些材料混合在一起，研製出了一種廉價、高功率的鋰硫電池。研究人員表示，新電池的性能可與目前市場上占主流的電池相媲美，而且，經過500次充放電循環後功能無損。專業人士戲稱，一種工業廢品、一點塑料，再加上不太高的溫度，或許就是引爆下一個電池革命的導火線。

　　在對能量密度需求大幅增加的背景下，科學家們將目光投向了鋰離子電池更纖瘦的「表妹」——鋰硫電池身上，後者的陰極主要由硫（石油工業廉價的副產品）製成。硫的「體重」僅為鈷的一半，因此，同樣體積的硫收納的鋰離子數為氧化鈷的兩倍，這就使得鋰硫電池的能量密度為鋰離子電池的數倍。

　　據相關消息，在最新研究中，為了製造出穩定的硫陰極，研究人員將硫加熱到185攝氏度，將硫元素由8個原子組成的環路融化成長鏈，隨後，他們讓硫鏈同二異丁烯（DIB，一種碳基塑料前體）混合，二異丁烯讓硫鏈連接在一起，最終得到了一種混合聚合物。他們將這一過程稱為「逆向硫化」，因為其同製造橡膠輪胎的過程類似，關鍵的區別在於：在輪胎中，含碳材料會聚集成一大塊，硫則點綴其中。

　　該測試表明，經過500次的循環後，電池的能量密度仍為最初的一半多。亞利桑那大學的化學家傑弗里·佩恩表示，其他還處於實驗階段的鋰硫電池也有同樣的性能，但其製造成本高昂，很難進行工業化生產。

　　NIST的材料科學家克里斯多福·索爾斯表示，儘管如此，這種鋰硫電池短期內也不會上市，因為硫暴露在空氣中很容易燃燒，因此，任何經濟可行的鋰硫電池都需要經過非常嚴苛的安全測試，才能投放市場。

　　業內專家表示，儘管鋰硫電池的正極是限制其應用的重要瓶頸和亟待解決的難題，但這些問題可通過形成碳硫複合電極材料來加以解決。只是這會降低整個電池的能量密度，因為碳硫複合電極材料中硫含量超過70wt%時，才具備應用價值。

　　有機構指出，2015年將是燃料電池乘用車的元年，豐田、本田、現代紛紛推出量產車，幾大汽車集團也通過與政府和能源公司合作積極推動基礎設施的建設，在此背景下，燃料電池車正逐步進入市場導入期。目前來看，製造成本是推廣最大的問題，成本的核心在於規模；不過隨著燃料電池車的產業化，在技術漸趨成熟的情況下，未來成本的下降值得期待。

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