随着电动汽车的日益普及，科学家们看到了锂硫电池的巨大潜力，这是一种更加环保的驾驶模式。这是因为它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一直阻碍着这项技术的发展。
最近，美国德雷克塞尔大学的工程师们取得了突破，他们表示，通过使用硫的一种稀有化学相来防止破坏性的化学反应，锂硫电池更接近商业用途。该研究成果近日发表在《通讯化学》杂志上。
锂硫电池在储能方面有着广阔的前景，不仅是因为其丰富的硫储量，还因为硫的来源与如今电池使用的钴、锰、镍相比不是问题。同时，锂硫电池也可能带来一些显著的性能提升，其储能潜力是目前锂离子电池的数倍。但是有一个问题一直困扰着科学家，那就是多硫化物的形成。
电池工作时，这些物质进入电解液，引起化学反应，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代替了碳酸盐电解质。但它也带来了其他问题，因为醚电解质本身挥发性很强，含有低沸点成分，这意味着如果加热到室温以上，电池可能很快就会失效或熔化。
因此，德雷克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，碳纳米纤维已被证明可以减缓醚电解质中多硫化物的运动。但是让它和碳酸盐电解质一起工作需要一些实验。
首席研究员Vibha Kalra表示，“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，这是阻力最小的路径。因此，我们的目标不是推动行业采用一种新的电解质，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。”
科学家试图使用一种称为蒸汽处理的技术来限制碳纳米纤维网中的硫，以防止危险的化学反应。虽然这没有达到预期的效果，但它以一种意想不到的方式结晶了硫，并将其变成了一种叫做单斜伽马相硫的东西，这是一种稍微改变了的元素形式。
据报道，硫的这种化学相只能在实验室高温下产生，或者在天然油井中观察到。研究人员意外地发现，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，因为在以前的所有研究中，单斜硫在95°C(203°F)下都不稳定，”该研究的合著者Rahul Pai说。“在上个世纪，只有少数研究产生了单斜γ硫，它最多只能稳定20-30分钟。但我们在阴极创造了它，它经历了数千次充放电循环，性能没有下降。一年后，我们的检查显示，化学相保持不变。”
经过一年的测试和4000次充放电循环后，阴极保持稳定，科学家称这相当于10年的常规使用。该团队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了道路，并使电动汽车在每次充电后可以行驶更远。
卡拉说，“尽管我们仍在试图了解这种在室温下稳定的单斜硫形成背后的确切机制，但这仍然是一个令人兴奋的发现，可以为开发更可持续和更经济的电池技术打开许多大门。”随着电动汽车的日益普及，科学家们看到了锂硫电池的巨大潜力，这是一种更加环保的驾驶模式。这是因为它们不依赖昂贵且难以获得的原材料，如钴，但问题是……如稳定性至今阻碍了这项技术的发展。
最近，美国德雷克塞尔大学的工程师们取得了突破，他们表示，通过使用硫的一种稀有化学相来防止破坏性的化学反应，锂硫电池更接近商业用途。该研究成果近日发表在《通讯化学》杂志上。
锂硫电池在储能方面有着广阔的前景，不仅是因为其丰富的硫储量，还因为硫的来源与如今电池使用的钴、锰、镍相比不是问题。同时，锂硫电池也可能带来一些显著的性能提升，其储能潜力是目前锂离子电池的数倍。但是有一个问题一直困扰着科学家，那就是多硫化物的形成。
电池工作时，这些物质进入电解液，引起化学反应，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代替了碳酸盐电解质。但它也带来了其他问题，因为醚电解质本身挥发性很强，含有低沸点成分，这意味着如果加热到室温以上，电池可能很快就会失效或熔化。
因此，德雷克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，碳纳米纤维已被证明可以减缓醚电解质中多硫化物的运动。但是让它和碳酸盐电解质一起工作需要一些实验。
首席研究员Vibha Kalra表示，“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，这是阻力最小的路径。因此，我们的目标不是推动行业采用一种新的电解质，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。”
科学家试图使用一种称为蒸汽处理的技术来限制碳纳米纤维网中的硫，以防止危险的化学反应。虽然这没有达到预期的效果，但它以一种意想不到的方式结晶了硫，并将其变成了一种叫做单斜伽马相硫的东西，这是一种稍微改变了的元素形式。
据报道，硫的这种化学相只能在实验室高温下产生，或者在天然油井中观察到。研究人员意外地发现，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，因为在以前的所有研究中，单斜硫在95°C(203°F)下都不稳定，”该研究的合著者Rahul Pai说。“在上个世纪，只有少数研究产生了单斜γ硫，它最多只能稳定20-30分钟。但我们在阴极创造了它，它经历了数千次充放电循环，性能没有下降。一年后，我们的检查显示，化学相保持不变。”
经过一年的测试和4000次充放电循环后，阴极保持稳定，科学家称这相当于10年的常规使用。该团队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了道路，并使电动汽车在每次充电后可以行驶更远。
卡拉说，“尽管我们仍在试图了解这种在室温下稳定的单斜硫形成背后的确切机制，但这仍然是一个令人兴奋的发现，可以为开发更可持续和更经济的电池技术打开许多大门。”
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