打造人工碲层使电池使用寿命延长4倍，加速锂硫电池技术的商业化

据国外媒体报道，近日美国德克萨斯大学奥斯汀分校和科克雷尔工程学院的研究人员找到了一种方法，可以稳定锂硫电池中最具挑战性的部分之一，加速锂硫电池技术的商业化。

美国这两所大学研究人员最近的研究结果表示，可以在电池内部原位，打造一种人工碲层，覆盖在金属锂上，可以让电池的使用寿命延长4倍。

锂硫电池曾被誉为下一代电池技术，有望让手机、电动汽车等产品的续航时间更长，它比锂离子电池更加环保。不过，此类电池的缺点是使用寿命比锂离子电池短，会随着时间推移而退化。

锂是一种反应性元素，会分解其周围的其他元素。锂硫电池的每一次充放电循环都会在锂金属阳极（电池负极）上形成针状的苔藓类沉积物，引起一种会导致电池整体退化的反应。该沉积物会分解来回运输锂离子的电解质，让电极无法提供足够的能量，可以让电池能够更长时间使用，而此种反应可能导致电池短路，以至于引发火灾。

解决锂硫电池的不稳定性是延长其使用寿命让其得到更广泛应用的关键。

在锂电极上形成的人工碲层可以保护电解质不被降解，并减少了在充电过程中形成的、困住锂的苔藓结构。利用简单的原位工艺就可形成该稳定层，无需进行复杂的预处理或采用锂金属阳极涂层工艺。

锂硫电池与现在的锂离子电池相比，锂硫电池正负电极的充电容量高9倍，一次充电电可以使用更长的时间。由于硫储量丰富，此种电池的生产成本也很低廉。此外，与锂离子电池中的金属氧化物材料相比，硫也更加环保。

研究人员表示，此种方法还可应用于其他锂基电池和钠基电池，而且已经为该项技术申请了临时专利。锂硫电池最适合用于需要轻型电池的设备，一次充电就可运行很长时间，无需多次充电周期。锂硫电池也有潜力在延长电动汽车续航里程、增加可再生能源采用率方面发挥重要作用。

韩国科学家研究发现二氧化硅可用于锂硫电池

在过去的几十年里，移动技术、可穿戴电子产品和各种便携式设备的使用量急剧增加，促使全世界的科学家们寻求可充电电池的下一个突破。锂硫电池（LSBs）是由浸没在液态电解液中的硫基正极和锂阳极组成的，因其成本低、无毒且富含硫的特性，有望取代无处不在的锂离子电池。

然而，鉴于如下两个原因，在电池中使用硫是存在一定挑战的的。首先，在 “放电 ”循环过程中，可溶性锂多硫化物（LiPS）在正极形成，扩散到电解液中，很容易到达阳极，在那里它们会逐渐降低电池的容量。其次，硫是不导电的。因此，需要一种导电、多孔的主体材料来容纳硫，同时在阴极捕获LiPS。近来，由于碳基主体结构具有导电性，因此人们对碳基主体结构进行了探索。然而，碳基主体不能捕集LiPS。

在最近发表在《Advanced Energy Materials》杂志上的一项研究中，来自大邱庆北科学技术研究所的科学家们提出了一种名为 “板状有序介孔二氧化硅（pOMS） ”的新型主体结构。他们选择的不寻常之处在于，二氧化硅这种低成本的金属氧化物实际上是不导电的。然而，二氧化硅具有很强的极性，会吸引其他极性分子，如LiPS等。

在向pOMS结构施加导电碳基剂后，结构孔隙中的初始固体硫会溶解到电解液中，然后从那里扩散到导电碳基剂中，被还原生成LiPS。在这种方式下，尽管二氧化硅不导电，但硫有效地参与了必要的电化学反应。同时，pOMS的极性保证了LiPS保持在靠近阴极而远离阳极的位置。

科学家们还构建了一个类似的非极性、高导电性的传统多孔碳母体结构，与pOMS结构进行对比实验。领导这项研究的Jong-Sung Yu教授表示：“采用碳母体的电池表现出很高的初始容量，但由于非极性碳和LiPS之间的微弱相互作用，容量很快就会下降。在连续循环过程中，二氧化硅结构显然保留了更多的硫；这导致了高达2000次循环的容量保持和稳定性大大提高。”

从这项研究中得到的最重要的启示是，LSB的主体结构不需要像以前认为的那样具有导电性。Yu教授说：“我们的研究结果令人惊讶，因为没有人想到非导电的二氧化硅可以成为一种高效的硫主体，甚至超过了最先进的碳主体。” 这项研究拓宽了LSB的主体材料的选择范围，并可能导致下一代硫电池的范式转变。

责任编辑：gt