锂硫电池关键障碍被突破 容量三倍于普通锂电池

据财联社报道，随着电动汽车的日益普及，科学家们已经看到了锂硫电池作为一种更环保的驾驶方法的巨大潜力。这是因为他们不依赖昂贵且难以获得的原材料，如钴，但稳定性等问题迄今为止阻碍了这项技术的发展。最近，美国德雷塞尔大学的工程师们取得了突破性进展，利用一种罕见的硫化学相来防止破坏性的化学反应，使锂硫电池更接近商业用途。这项研究成果最近发表在《通讯化学》杂志上。

锂硫电池在储能方面有着广阔的前景，这不仅是因为其丰富的硫储量，还因为与当今电池中使用的钴、锰和镍相比，硫的来源不是问题。同时，锂硫电池也可能带来一些显著的性能改进，其储能潜力是目前锂离子电池的数倍。但有一个问题一直困扰着科学家，那就是多硫化物的形成。当电池工作时，这些物质进入电解质并引发化学反应，损害电池的容量和寿命。科学家们已经成功地用不与多硫化物反应的醚电解质取代了碳酸盐电解质。但这也带来了其他问题，因为乙醚电解质本身具有高度挥发性，并且含有低沸点成分，这意味着如果加热到室温以上，电池可能会迅速失效或熔化。因此，德雷塞尔大学的化学工程师一直在研究另一种解决方案。他们从设计一种新的阴极开始，这种阴极可以与已经在商业应用中的碳酸盐电解质一起工作。这种阴极由碳纳米纤维制成，已被证明可以减缓多硫化物在醚电解质中的运动。但要使其与碳酸盐电解质一起工作，还需要一些实验。

首席研究员Vibha Kalra说：“对于商业制造商来说，目前使用的碳酸盐电解质可以作为阴极，这是电阻最小的路径。因此，我们的目标不是推动行业采用新的电解质，而是制造一种可以在现有锂离子电解质系统中工作的阴极。”。“科学家们正试图使用一种名为蒸汽处理的技术，将硫限制在碳纳米纤维网络中，以防止危险的化学反应。尽管这没有达到预期的效果，但硫以一种意想不到的方式结晶，并转化为单斜伽马相硫，这是一种稍微改变的元素形式这种硫的云母相只能在实验室的高温下产生，或者在天然油井中观察到。研究人员出乎意料地发现，它不会与碳酸盐电解质发生反应，从而消除了形成多硫化物的风险。

起初，很难相信这就是我们检测到的，因为在之前的所有研究中，单斜硫在95°C下都是不稳定的， “这项研究的合著者Rahul Pai说，在上个世纪，只有少数研究产生了单斜伽马硫，它只能稳定20-30分钟。然而，我们在阴极中创造了它，它经历了数千次充放电循环，性能没有任何退化。一年后，我们对它的检查表明，化学相保持不变经过测试和4000次充放电循环，阴极保持稳定，科学家表示这相当于常规使用10年。该团队使用这种负极制造的电池原型可以提供标准锂离子电池的三倍容量，为更环保的电池铺平道路，使电动汽车每次充电后都能行驶得更远。卡拉说：“尽管我们仍在努力了解室温下稳定单斜硫生成背后的确切机制，但这仍然是一个令人兴奋的发现，可以为开发更可持续、更经济的电池技术打开许多大门

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