與傳統(tǒng)鋰離子電池(如圖)相比，鋰—硫電池?fù)碛性S多優(yōu)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(jīng)研發(fā)出一種新成分，可以治愈鋰—硫電池的“ 阿喀琉斯之踵”。

與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，鋰—硫電池有著重要的優(yōu)勢：材料價格更低廉、質(zhì)量更輕。質(zhì)量相等的鋰—硫電池，能量卻相當(dāng)于鋰離子電池的兩倍，這一能量密度在便攜電子設(shè)備和電動車領(lǐng)域非常關(guān)鍵。

提高能量密度在交通運輸和能源制造領(lǐng)域?qū)档湍茉磧Υ娉杀尽p少溫室氣體排放均非常重要。

然而，經(jīng)過幾次充放循環(huán)之后，鋰—硫電池就會逐漸不穩(wěn)定，兩個電極會發(fā)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(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成遷移和減少電池儲存能力的化合物。

“當(dāng)這發(fā)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(xué)化學(xué)教授Victor Batista說。

在3月20日發(fā)表于美國《國家科學(xué)院院刊》的文章中，Batista和合作者展示了一種復(fù)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(jié)構(gòu)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(fā)生反應(yīng)。該團隊隨后利用石墨烯(單原子密度的碳結(jié)構(gòu))和一種有機聚合物(擁有像樹枝一樣的結(jié)構(gòu))制成了薄膜。結(jié)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(zhì)，使電池性能下降。通過這一機制，科學(xué)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(huán)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(wěn)定性的電池。”Batista說。

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

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