研究人員解決鋰—硫電池穩定難題

　　與傳統鋰離子電池相比，鋰—硫電池擁有許多優勢，包括材料價格低廉和能量密度更大。圖片來源：Kristoferb Wikimedia

　　科研人員已經研發出一種新成分，可以治愈鋰—硫電池的“ 阿喀琉斯之踵”。

　　與傳統鋰離子電池相比，鋰—硫電池有著重要的優勢：材料價格更低廉、質量更輕。質量相等的鋰—硫電池，能量卻相當于鋰離子電池的兩倍，這一能量密度在便攜電子設備和電動車領域非常關鍵。

　　提高能量密度在交通運輸和能源制造領域對降低能源儲存成本、減少溫室氣體排放均非常重要。

　　然而，經過幾次充放循環之后，鋰—硫電池就會逐漸不穩定，兩個電極會發生故障，這一問題使其很難登上能量儲存的“王座”。尤其是鋰離子會與硫發生化學反應，形成遷移和減少電池儲存能力的化合物。

　　“當這發生時，它們在表面形成阻礙，阻止鋰與陰極接觸。”美國耶魯大學化學教授Victor Batista說。

　　在3月20日發表于美國《國家科學院院刊》的文章中，Batista和合作者展示了一種復合薄膜，可以讓鋰—硫電池壽命顯著增加。

　　研究人員首先模擬了哪種材料和結構能夠讓鋰—硫電池壽命更長，并計算了陰極中的分子如何與不同材料發生反應。該團隊隨后利用石墨烯（單原子密度的碳結構）和一種有機聚合物（擁有像樹枝一樣的結構）制成了薄膜。結果表明，該薄膜平均厚度為90納米。

　　該薄膜可讓鋰—硫混合物處于一個地方，并組織它們流向電解質，使電池性能下降。通過這一機制，科學家表明它們能夠在不讓鋰—硫電池性能打折扣的情況下，延長其循環使用的壽命。“最妙的地方是用這些材料，我們能夠用極少量的薄膜制作出具有穩定性的電池。”Batista說。

　　該論文共同作者、耶魯大學能源科學研究所博士后Jianbing Jiang強調，這種混合薄膜是由商業上可獲得的基本材料做成的，這使其價格低廉，易于大規模使用。