澤塔能源公司（Zeta Energy）總部位于美國(guó)得克薩斯州，近日其首席商務(wù)官邁克爾?利特克（Michael Liedtke）就公司在鋰硫電池方面的基礎(chǔ)性研究工作進(jìn)行了介紹。他表示，從項(xiàng)目啟動(dòng)之初，成本控制就是澤塔能源的核心驅(qū)動(dòng)力，而硫元素價(jià)格低廉且儲(chǔ)量豐富，恰好能滿足這一需求。

 

不過(guò)，鋰硫電池并非單純的 “降本方案”—— 還有望將傳統(tǒng)鋰離子電池的能量密度提升一倍。澤塔能源的技術(shù)思路與萊滕公司（Lyten）、相干公司（Coherent）存在相似之處，三家企業(yè)均通過(guò)不同方式實(shí)現(xiàn)硫在正極中的固定。具體來(lái)看，相干公司采用親電碳與硫結(jié)合，萊滕公司將硫儲(chǔ)存于 3D 石墨烯中，而澤塔能源則使用他們所說(shuō)的 “硫化碳”（sulfurized carbon）。

 

澤塔能源自主研發(fā)正、負(fù)極所需的活性材料，并將這些材料與商用液態(tài)電解質(zhì)、隔膜組合成 “三明治” 式結(jié)構(gòu)。利特克介紹，在正極制備環(huán)節(jié)，他們先將硫、聚合物與碳混合制成小顆粒，再對(duì)這些顆粒進(jìn)行熱解處理，“熱解溫度低于 400°C，時(shí)長(zhǎng)不足 2 小時(shí)”—— 相比鎳錳鈷（NMC）正極通常所需的 700-900°C、10-20 小時(shí)熱解條件，這是一項(xiàng)顯著改進(jìn)。他還指出，公司的技術(shù)與元素硫及硫化聚丙烯腈（S-PAN）等方案不同，但確實(shí)會(huì)使用聚丙烯腈衍生物。不過(guò)，澤塔能源的方案有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)：可實(shí)現(xiàn) 40%-70% 的硫含量，而 S-PAN 方案的硫含量上限僅為 30%-40%。利特克解釋道，在他們的設(shè)計(jì)中，“硫通過(guò)化學(xué)鍵與碳骨架結(jié)合…… 這樣一來(lái)，電池循環(huán)過(guò)程中硫就不會(huì)流失到電解質(zhì)中”—— 他所指的正是困擾鋰硫電池發(fā)展的關(guān)鍵難題 “多硫化物穿梭效應(yīng)”。談及成本時(shí)，他提到煉油廠堆積如山的硫原料：“我們與當(dāng)?shù)毓?yīng)商合作，對(duì)硫原料的唯一加工需求，就是用錘子敲碎最大的塊狀物。”

 

此外，該公司還在負(fù)極側(cè)實(shí)現(xiàn)了技術(shù)突破：通過(guò)化學(xué)氣相沉積法，在銅箔兩側(cè)均涂覆上垂直排列的碳納米管。澤塔能源對(duì)這些納米管進(jìn)行預(yù)鋰化處理，最終制成鋰金屬負(fù)極。利特克（Liedtke）解釋說(shuō)：“但我們是利用這種 3D 結(jié)構(gòu)來(lái)承載鋰的。” 這些納米管形成了一種類似 “森林” 的結(jié)構(gòu)，但若近距離放大觀察會(huì)發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)部 98% 的空間都是可容納鋰的空隙。利特克補(bǔ)充稱，這些納米管的重量非常輕，僅會(huì)使銅箔的重量增加約 2%，而且研究團(tuán)隊(duì)能夠控制納米管的高度及其排列密度。若排列過(guò)密，鋰只會(huì)附著在表面；而當(dāng)密度適當(dāng)時(shí)，鋰就能均勻地包覆在納米管上。

 

澤塔能源開(kāi)展了動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試 —— 通過(guò)改變充放電速率，模擬車輛行駛中可能出現(xiàn)的各類不穩(wěn)定工況。測(cè)試結(jié)果顯示，電池經(jīng)過(guò) 300 次循環(huán)后，容量保持率仍超過(guò) 90%。他們還意外完成了一項(xiàng)未預(yù)先規(guī)劃的測(cè)試：一枚已充電的電池被誤放在貨架上，五個(gè)月后才被發(fā)現(xiàn)。令人意外的是，該電池的容量?jī)H損失了約 0.5%。“這是一個(gè)非常罕見(jiàn)的測(cè)試結(jié)果，” 利特克表示，“對(duì)于將車輛長(zhǎng)時(shí)間停放在機(jī)場(chǎng)這類場(chǎng)景來(lái)說(shuō)，這無(wú)疑是一大優(yōu)勢(shì)。” 此外，他們的電池在 - 20°C 低溫環(huán)境下，容量保持率仍能達(dá)到 83%。利特克稱，其電池在循環(huán)過(guò)程中的膨脹率僅約 2%，并表示這一數(shù)值是所有電池技術(shù)（包括液態(tài)電解質(zhì)鋰離子電池）中最低的。

 

此次介紹中，關(guān)于能量密度的細(xì)節(jié)提及較少，但利特克透露，公司正致力于將目前所用的 50% 硫含量提升至 70%；達(dá)到這一目標(biāo)后，電池能量密度有望達(dá)到 450 瓦時(shí) / 千克級(jí)別。而此前，他們采用 20 安時(shí)多層軟包電芯所實(shí)現(xiàn)的能量密度為 300 瓦時(shí) / 千克，此次提升將是一次顯著飛躍。

 

最后，利特克再次回到 “成本” 這一最初的核心驅(qū)動(dòng)力上。澤塔能源已與斯特蘭蒂斯集團(tuán)（Stellantis）達(dá)成一項(xiàng)獲得資金支持的聯(lián)合開(kāi)發(fā)協(xié)議，并為該集團(tuán)進(jìn)行了規(guī)?；a(chǎn)成本核算（基于一座 40 GWh工廠的產(chǎn)能）—— 結(jié)果顯示，電池成本可低至 50 美元 / 千瓦時(shí)，其中鋰是成本最高的原材料。這一價(jià)格不僅大幅低于鎳錳鈷（NMC）電池，還能與磷酸鐵鋰（LFP）電池持平，甚至更具優(yōu)勢(shì)。