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(jì)，包括添加糖來(lái)解決原有的穩(wěn)定性問(wèn)題，這一舉動(dòng)使鋰硫電池可以穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)1000次。這項(xiàng)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(dòng)著科學(xué)家們努力開(kāi)發(fā)其成為一種主流應(yīng)用，但也一直受到穩(wěn)定性問(wèn)題的困擾。由于電池的正硫電極在充電過(guò)程中膨脹和收縮，它會(huì)受到顯著的壓力，從而損壞電極結(jié)構(gòu)。同時(shí)，負(fù)極也會(huì)被硫化合物所污染。

 

去年，墨爾本莫納什大學(xué)（Monash University）的一個(gè)電池研究小組想出了一個(gè)解決方案，解決了這個(gè)問(wèn)題的一半。科學(xué)家們開(kāi)發(fā)了一種特殊的粘合劑，可以在硫粒子周?chē)鷦?chuàng)造額外的空間，這意味著它們?cè)诔潆娖陂g有更多的空間安全膨脹。這樣做的結(jié)果就是一個(gè)高容量的鋰硫電池，能夠循環(huán)使用超過(guò)200次。

 

現(xiàn)在，科學(xué)家們又把目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)了等式的另一邊，即負(fù)的鋰電極，它實(shí)際上被硫“窒息”了。這一突破源于1988年的一項(xiàng)研究，該研究展示了一些糖基物質(zhì)如何通過(guò)促進(jìn)硫化物之間的強(qiáng)鍵來(lái)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(lái)，這些硫鏈往往會(huì)在負(fù)極上移動(dòng)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(dòng)。

 

最終，攜帶糖添加劑的實(shí)驗(yàn)電池顯示，其容量約為700 mAh/g，可穩(wěn)定循環(huán)1000次。這項(xiàng)研究的論文第一作者、博士生Yingyi Huang說(shuō)道，“這樣每次充電都能持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間，延長(zhǎng)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(guò)，在鋰硫電池應(yīng)用于智能手機(jī)和電動(dòng)汽車(chē)之前，仍有一些問(wèn)題需要解決，但研究人員表示，他們的技術(shù)有潛力存儲(chǔ)2到5倍于現(xiàn)在的鋰電池的能量，并且通過(guò)這項(xiàng)新的研究，相信他們已經(jīng)向現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用邁出了關(guān)鍵的一步。

 

作者M(jìn)ahdokht Shaibani博士說(shuō)，“雖然我們的團(tuán)隊(duì)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(yáng)極的保護(hù)方面進(jìn)行進(jìn)一步的創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)對(duì)這項(xiàng)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(lái)。”