韓國研發(fā)鋰硫電池

本報(bào)訊 ?韓國大邱慶北科學(xué)技術(shù)院日前稱，鋰硫電池（LSB）由含硫陰極和浸泡在液體電解質(zhì)中的鋰陽極構(gòu)成，而且由于成本低、無毒，硫儲(chǔ)量豐富等原因，有望取代現(xiàn)在隨處可見的鋰離子電池。

不過，在電池中使用硫會(huì)遇到兩個(gè)問題。首先，在電池“放電”循環(huán)過程中，在陰極上會(huì)形成可溶解的鋰聚硫化物（LiPS），并擴(kuò)散至電解質(zhì)，且輕易地到達(dá)陽極，并在陽極逐漸降低電池的容量。第二，硫不具導(dǎo)電性。因此，需要采用一種導(dǎo)電多孔的主體材料來容納硫，并同時(shí)在陰極捕獲鋰聚硫化物。近年來，由于碳基主體結(jié)構(gòu)具導(dǎo)電性，人們對(duì)其進(jìn)行了研究。但是，碳基主體材料不能捕獲鋰聚硫化物。

韓國大邱慶北科學(xué)技術(shù)院的科學(xué)家提出了一種名為“薄片有序介孔二氧化硅”（pOMS）的新型主體結(jié)構(gòu)。他們的選擇與眾不同之處在于，低成本金屬氧化物二氧化硅實(shí)際上并不具有導(dǎo)電性，但是，二氧化硅的極性很高，能夠吸引鋰聚硫化物等其他極性分子。

將導(dǎo)電碳基劑應(yīng)用于pOMS結(jié)構(gòu)時(shí)，結(jié)構(gòu)空隙中原有的固體硫會(huì)溶解到電解質(zhì)中，并擴(kuò)散至導(dǎo)電碳基劑，將其還原以產(chǎn)生鋰聚硫化物。通過此種方式，硫可以高效地參與到必要的電化學(xué)反應(yīng)中，盡管二氧化硅不具導(dǎo)電性。同時(shí)，pOMS的極性特性確保鋰聚硫化物會(huì)接近陰極，遠(yuǎn)離陽極。

科學(xué)家們還構(gòu)建了類似的非極性、高導(dǎo)電性傳統(tǒng)多孔碳主體結(jié)構(gòu)，以與pOMS結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較實(shí)驗(yàn)。負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)該研究的Jong-Sung Yu教授表示：“含碳主體材料的電池最初的容量很高，但由于非極性碳和鋰聚硫化物之間的微弱互動(dòng)，導(dǎo)致電池容量很快就下降。在電池連續(xù)充放電循環(huán)中，該二氧化硅結(jié)構(gòu)清晰地留住了更多的硫，在循環(huán)次數(shù)高達(dá)2000次時(shí)，電池還具備更大的容量和穩(wěn)定性?！?/p>

綜上所述，從該研究獲得的最重要見解或許是，并不需要像以前一樣，認(rèn)為鋰硫電池的主體結(jié)構(gòu)需要具備導(dǎo)電性。Yu教授表示：“我們的研究結(jié)果令人驚訝，因?yàn)闆]有人會(huì)想到，不導(dǎo)電的二氧化硅會(huì)是一種高效的硫主體材料，甚至比最先進(jìn)的碳主體材料更好。”該項(xiàng)研究拓寬了鋰硫材料主體材料的選擇范圍，并可能導(dǎo)致下一代硫電池的范式轉(zhuǎn)變。