據(jù)媒體報道，在下一代電池可使用的眾多令人興奮的化學(xué)物質(zhì)中，鋰硫電池是一種具有巨大潛力的化學(xué)物質(zhì)，因為它的儲能能力是目前鋰離子電池的五倍，但它的穩(wěn)定性問題一直阻礙著這種電池的進一步發(fā)展。
近期，澳大利亞的科學(xué)家們?yōu)檫@種有前途的電池提出了一種新的設(shè)計，包括添加糖來解決原有的穩(wěn)定性問題，這一舉動使鋰硫電池可以穩(wěn)定運行超過1000次。這項研究成果已于近日發(fā)表在了《自然通訊》（Nature Communications）雜志上。
盡管鋰硫電池的高容量一直推動著科學(xué)家們努力開發(fā)其成為一種主流應(yīng)用，但也一直受到穩(wěn)定性問題的困擾。由于電池的正硫電極在充電過程中膨脹和收縮，它會受到顯著的壓力，從而損壞電極結(jié)構(gòu)。同時，負極也會被硫化合物所污染。
去年，墨爾本莫納什大學(xué)（Monash University）的一個電池研究小組想出了一個解決方案，解決了這個問題的一半。科學(xué)家們開發(fā)了一種特殊的粘合劑，可以在硫粒子周圍創(chuàng)造額外的空間，這意味著它們在充電期間有更多的空間安全膨脹。這樣做的結(jié)果就是一個高容量的鋰硫電池，能夠循環(huán)使用超過200次。
現(xiàn)在，科學(xué)家們又把目標(biāo)對準了等式的另一邊，即負的鋰電極，它實際上被硫“窒息”了。這一突破源于1988年的一項研究，該研究展示了一些糖基物質(zhì)如何通過促進硫化物之間的強鍵來避免地質(zhì)沉積物的降解。
他們的目標(biāo)是將這種方法應(yīng)用到鋰-硫電池上，以防止硫鏈（即多硫化物）從正極釋放出來，這些硫鏈往往會在負極上移動并形成苔蘚。研究小組在電極的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中引入了一種糖基添加劑，作為粘結(jié)劑，形成網(wǎng)狀微結(jié)構(gòu)，幫助調(diào)節(jié)多硫化物的移動。
最終，攜帶糖添加劑的實驗電池顯示，其容量約為700 mAh/g，可穩(wěn)定循環(huán)1000次。這項研究的論文第一作者、博士生Yingyi Huang說道，“這樣每次充電都能持續(xù)更長時間，延長電池的壽命。而且制造電池不需要那些奇異的、有毒的、昂貴的材料。”
不過，在鋰硫電池應(yīng)用于智能手機和電動汽車之前，仍有一些問題需要解決，但研究人員表示，他們的技術(shù)有潛力存儲2到5倍于現(xiàn)在的鋰電池的能量，并且通過這項新的研究，相信他們已經(jīng)向現(xiàn)實世界的應(yīng)用邁出了關(guān)鍵的一步。
作者Mahdokht Shaibani博士說，“雖然我們的團隊已經(jīng)解決了電池陰極側(cè)的許多挑戰(zhàn)，但仍需要在鋰金屬陽極的保護方面進行進一步的創(chuàng)新，以實現(xiàn)對這項有希望的技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用——這些創(chuàng)新可能即將到來。”
