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圖/新能源汽車
 

       近些年來，伴隨著新能源電動(dòng)汽車和各類便攜式電子設(shè)備的應(yīng)用，人們對(duì)儲(chǔ)能裝置（即電池）提出更安全可靠續(xù)航更長(zhǎng)的新要求。傳統(tǒng)的鋰離子電池受限于本身的比能量密度，無法達(dá)到更高的續(xù)航能力，而且本身也具有一定的安全隱患。所以急需開發(fā)新的安全可靠，續(xù)航更足的可應(yīng)用的電池體系。

 

       鋰硫電池，是一種以硫元素作正極，金屬Li（鋰）作負(fù)極的一種電池體系，屬于鋰電池家族的一員。理論上，鋰硫電池達(dá)到了將近1700mAh/克的比容量,比能量密度達(dá)到了2600Wh/千克，是目前廣泛應(yīng)用的鋰離子電池的十倍以上（小于150mAh/克）。并且，硫元素是一種相對(duì)而言對(duì)環(huán)境友好的元素，基本沒有環(huán)境污染問題，而且國(guó)內(nèi)硫礦資源較為豐富，造價(jià)相對(duì)實(shí)惠，因而成為了電化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，被認(rèn)為下一代的電池體系之一，是一種具有廣闊應(yīng)用價(jià)值的電池體系。但是鋰硫電池也有其固有的缺陷。首先，生成的硫化鋰等導(dǎo)電性能差，這導(dǎo)致電池的倍率低下；其次，在充電放電循環(huán)過程中會(huì)產(chǎn)生多硫化物，出現(xiàn)“穿梭效應(yīng)”；另外，在金屬Li負(fù)極還會(huì)出現(xiàn)枝晶，導(dǎo)致放電中斷。因此，開發(fā)出具有良好導(dǎo)電性能和能吸附多硫化物的材料，又能保證安全而不犧牲電化學(xué)性能的體系，是鋰硫電池應(yīng)用的關(guān)鍵所在。
 

圖/電動(dòng)汽車電池

 

       近期，國(guó)內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域?qū)W者在鋰硫電池研究方面取得多項(xiàng)進(jìn)展。

 

       華南理工大學(xué)的王海輝團(tuán)隊(duì)與澳大利亞阿德萊德大學(xué)的喬世璋團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)了一種二維MoN-VN異質(zhì)結(jié)構(gòu)控制多硫化物用于高效鋰硫電池，他們利用二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)MoN-VN作為硫主體，來調(diào)節(jié)硫化鋰，具有比二維MoN更高的硫利用效率。而V的摻入增強(qiáng)了對(duì)多硫化鋰的吸附，從而讓鋰硫電池具有更高得電池容量和更優(yōu)異循環(huán)性能。
 

圖/二維材料參與的鋰硫電池文獻(xiàn)

 

       中科院青島能源所先進(jìn)儲(chǔ)能材料與技術(shù)研究組以石墨烯，木質(zhì)纖維素和碳納米管為原料對(duì)正極的載硫材料進(jìn)行改性，合成了一種“類鋼筋混凝土”結(jié)構(gòu)的柔性載硫材料，并利用這種材料組裝電池。在0.1C下電池容量可以達(dá)到1630mAh/克，1C下500次循環(huán)充電放電仍能保持86.5%的比容量，0.5C下100次循環(huán)能保持90%以上的電池容量。這種材料實(shí)現(xiàn)了同時(shí)提高鋰硫電池的載硫量、硫利用率和循環(huán)壽命。也為鋰硫電池的研究提供了嶄新的思路。
 

圖/柔性載硫材料鋰硫電池文獻(xiàn)

 

       而上海交通大學(xué)王久林研究團(tuán)隊(duì)則在電池安全性能上取得了突破。他們制備了一種新的鋰硫電池電解質(zhì)溶液（用雙氟磺酰亞胺鋰溶于磷酸三乙酯和高閃點(diǎn)氟代醚獲得了飽和電解液），與高濃度電解液相比，新的電解液成本低，粘度低而且增強(qiáng)了對(duì)金屬Li電極的保護(hù)。能夠有效清除Li電極的枝晶，從而清除可能存在的安全隱患。同時(shí)在60度以上高溫下提高了安全性和電化學(xué)性能。

 

圖/新電解液體系鋰硫電池文獻(xiàn)

 

       相信在科學(xué)家們的努力下，新的電池體系能夠盡快的出現(xiàn)在我們的日常生活，改善我們的生活，同時(shí)能夠更好的保護(hù)環(huán)境。當(dāng)然也希望科學(xué)家們?cè)趶U舊電池的回收上有所進(jìn)展。