據(jù)國外媒體報道，近日美國德克薩斯大學奧斯汀分校和科克雷爾工程學院的研究人員找到了一種方法，可以穩(wěn)定鋰硫電池中最具挑戰(zhàn)性的部分之一，加速鋰硫電池技術(shù)的商業(yè)化。

美國這兩所大學研究人員最近的研究結(jié)果表示，可以在電池內(nèi)部原位，打造一種人工碲層，覆蓋在金屬鋰上，可以讓電池的使用壽命延長4倍。

鋰硫電池曾被譽為下一代電池技術(shù)，有望讓手機、電動汽車等產(chǎn)品的續(xù)航時間更長，它比鋰離子電池更加環(huán)保。不過，此類電池的缺點是使用壽命比鋰離子電池短，會隨著時間推移而退化。

鋰是一種反應性元素，會分解其周圍的其他元素。鋰硫電池的每一次充放電循環(huán)都會在鋰金屬陽極（電池負極）上形成針狀的苔蘚類沉積物，引起一種會導致電池整體退化的反應。該沉積物會分解來回運輸鋰離子的電解質(zhì)，讓電極無法提供足夠的能量，可以讓電池能夠更長時間使用，而此種反應可能導致電池短路，以至于引發(fā)火災。

解決鋰硫電池的不穩(wěn)定性是延長其使用壽命讓其得到更廣泛應用的關鍵。

在鋰電極上形成的人工碲層可以保護電解質(zhì)不被降解，并減少了在充電過程中形成的、困住鋰的苔蘚結(jié)構(gòu)。利用簡單的原位工藝就可形成該穩(wěn)定層，無需進行復雜的預處理或采用鋰金屬陽極涂層工藝。

鋰硫電池與現(xiàn)在的鋰離子電池相比，鋰硫電池正負電極的充電容量高9倍，一次充電電可以使用更長的時間。由于硫儲量豐富，此種電池的生產(chǎn)成本也很低廉。此外，與鋰離子電池中的金屬氧化物材料相比，硫也更加環(huán)保。

研究人員表示，此種方法還可應用于其他鋰基電池和鈉基電池，而且已經(jīng)為該項技術(shù)申請了臨時專利。鋰硫電池最適合用于需要輕型電池的設備，一次充電就可運行很長時間，無需多次充電周期。鋰硫電池也有潛力在延長電動汽車續(xù)航里程、增加可再生能源采用率方面發(fā)揮重要作用。

韓國科學家研究發(fā)現(xiàn)二氧化硅可用于鋰硫電池

在過去的幾十年里，移動技術(shù)、可穿戴電子產(chǎn)品和各種便攜式設備的使用量急劇增加，促使全世界的科學家們尋求可充電電池的下一個突破。鋰硫電池（LSBs）是由浸沒在液態(tài)電解液中的硫基正極和鋰陽極組成的，因其成本低、無毒且富含硫的特性，有望取代無處不在的鋰離子電池。

然而，鑒于如下兩個原因，在電池中使用硫是存在一定挑戰(zhàn)的的。首先，在 “放電 ”循環(huán)過程中，可溶性鋰多硫化物（LiPS）在正極形成，擴散到電解液中，很容易到達陽極，在那里它們會逐漸降低電池的容量。其次，硫是不導電的。因此，需要一種導電、多孔的主體材料來容納硫，同時在陰極捕獲LiPS。近來，由于碳基主體結(jié)構(gòu)具有導電性，因此人們對碳基主體結(jié)構(gòu)進行了探索。然而，碳基主體不能捕集LiPS。

在最近發(fā)表在《Advanced Energy Materials》雜志上的一項研究中，來自大邱慶北科學技術(shù)研究所的科學家們提出了一種名為 “板狀有序介孔二氧化硅（pOMS） ”的新型主體結(jié)構(gòu)。他們選擇的不尋常之處在于，二氧化硅這種低成本的金屬氧化物實際上是不導電的。然而，二氧化硅具有很強的極性，會吸引其他極性分子，如LiPS等。

在向pOMS結(jié)構(gòu)施加導電碳基劑后，結(jié)構(gòu)孔隙中的初始固體硫會溶解到電解液中，然后從那里擴散到導電碳基劑中，被還原生成LiPS。在這種方式下，盡管二氧化硅不導電，但硫有效地參與了必要的電化學反應。同時，pOMS的極性保證了LiPS保持在靠近陰極而遠離陽極的位置。

科學家們還構(gòu)建了一個類似的非極性、高導電性的傳統(tǒng)多孔碳母體結(jié)構(gòu)，與pOMS結(jié)構(gòu)進行對比實驗。領導這項研究的Jong-Sung Yu教授表示：“采用碳母體的電池表現(xiàn)出很高的初始容量，但由于非極性碳和LiPS之間的微弱相互作用，容量很快就會下降。在連續(xù)循環(huán)過程中，二氧化硅結(jié)構(gòu)顯然保留了更多的硫；這導致了高達2000次循環(huán)的容量保持和穩(wěn)定性大大提高?！?/p>

從這項研究中得到的最重要的啟示是，LSB的主體結(jié)構(gòu)不需要像以前認為的那樣具有導電性。Yu教授說：“我們的研究結(jié)果令人驚訝，因為沒有人想到非導電的二氧化硅可以成為一種高效的硫主體，甚至超過了最先進的碳主體?！?這項研究拓寬了LSB的主體材料的選擇范圍，并可能導致下一代硫電池的范式轉(zhuǎn)變。

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