2020年9月9日
从理论上讲，与锂离子电池相比，锂硫电池(lbs)具有更大的电荷密度。此外，它们更经济，因为丰富的硫磺和负担得起的价格。
科学家们能够观察到一种电解质材料是如何减少多硫化物化合物(显示为黄色和蓝色链)的流动的，后者会损害电池的性能。图片来源:维基百科/知识共享。
综上所述，这两个因素表明lbs可能是锂离子电池的潜在替代品。但在现实中，有两个主要问题阻碍了低能源效率和低使用寿命。
发表在先进能源材料亚博网站下载，来自美国能源部阿贡国家实验室(DOE),与韩国国家研究基金会合作,已经回顾硫宿主材料的潜力如何画朝它带电粒子,或极性,传输电流,和它的能力或导电性,可以帮助克服这些问题,导致更大的长寿命lsb的可行性。亚博网站下载yabo214
lbs较低的使用寿命可归因于一种称为“聚硫穿梭”的工艺。
航天飞机负责将材料从电池的阴极中浸出．这种材料的去除会降解阴极，导致电池寿命的缩短．
阿贡国家实验室高级材料组长和特聘研究员亚博网站下载
当硫和锂相互反应时，在此过程中形成的多硫化物中间体趋向于从阴极溶解。
在lsb的情况下，由于多硫化物穿梭，从阴极中消除硫材料是非常具有挑战性的，而硫本身是极绝缘的，使其导电大大降低。
溶解性和电导率的缺乏是长寿命lbs发展的主要障碍．
徐桂良，助理化学家，阿贡国家实验室
之前的研究表明，在阴极结构中加入碳有助于克服电导率问题。然而，对于怎样才能显著提高lbbs的性能——固定阴极的电导率或极性——仍然存在争议。
阿明和他的同事试图创造两种不同的阴极结构来解决这个问题。在一个阴极中，使用了极性但不导电的介孔二氧化硅，而在另一个阴极中，使用了导电但不导电的介孔碳。
这两个阴极被设计成完全相同的另一个，除了使用二氧化硅或碳．这样，我们就可以确定是极极阴极还是导电阴极提高了电池的寿命．
阿贡国家实验室高级材料组长和特聘研究员亚博网站下载
研究人员使用电化学和物理探针来验证他们的研究结果是否指出极性、非导电阴极工作良好。
”我们发现，在不同的循环率和负载下，即使在高电流密度下，极性硅基阴极表现出比非极性碳基阴极更好的性能,”徐说。
胺进一步指出:“聚硫化物和二氧化硅之间更强的相互作用固定了这些中间体从而减少了多硫化物穿梭的冲击，延长了电池的使用寿命。”我们的工作表明，增强lbs长期稳定性的关键是增强极性和增强与阴极多硫化物的相互作用。如果你能稳定硫，你就能稳定电池．”
利用这种创新的阴极结构，Amine和他的同事展示了lbs的实用性，并证明了它们可以作为锂离子电池的可行和低成本的替代品。
这项研究得到了美国能源部能效和可再生能源办公室、汽车技术办公室(VTO)电池材料研究(BMR)项目的资助;亚博网站下载以及韩国国家研究财团(NRF)。
期刊引用
李,B.-J等．(2020)长寿命锂硫电池主体材料导电性和极性的作用。亚博网站下载先进能源材料亚博网站下载．doi.org/10.1002/aenm.201903934．
来源:https://www.anl.gov/