科學家研發新型陰極制備法 讓儲能超10倍的鋰硫電池取代鋰電池

據外媒報道，新加坡科技研究局(A*STAR)納米生物試驗室(NBL)的科學家研發出一種新穎的辦法來制備下一代鋰硫電池陰極，而且該辦法簡化了鋰硫電池陰極耗時且復雜的加工過程。該研究聲明鋰硫電池商業化有了希望，而且處理了行業內的一個挑戰，即需要一種實用辦法以大規模加工能夠提升電池性能的材料。

盡管人們普遍認為鋰電池是一種先進的技術，可以有效地為現代通信設備提供動力，但是由于其內在電化學屬性不穩定，存在存儲容量有限以及安全性不足等缺點。不過，NBL研究團隊研發了一種新型簡化技術，能夠從廉價的商用材料中研發出鋰硫電池陰極，從而改變現狀。在理論上，硫的能量密度高、成本低且儲量豐富，有助于鋰硫電池系統得到普及，進而替代鋰電池。

理論上說，鋰硫電池可存儲比鋰電池多10倍的能量，但是目前為止，此種電池無法重復充放電。NBL研發的鋰硫電池陰極卻顯示了良好的比容量，高達1220 mAh/g，意味著每1g的陰極材料就可存儲1220 mAh的電荷。相比之下，典型鋰電池陰極的比容量為140 mAh/g。此外，NBL的鋰硫電池陰極在200次以上的充電循環后，仍保持很高的容量，性能的損失降至最小。能夠達到此種性能的關鍵在于NBL采用了神奇的陰極制備兩步法。

研究人員在添加硫之前，先構建了碳支架，得到一種3D互聯多孔納米材料。與傳統制備陰極的辦法不同，該辦法可以在電池充電時，戒備碳支架坍塌。在電池充放電初期，傳統法制備的陰極碳支架會坍塌，從而導致整個電池結構的變化。最終，傳統陰極的密度變得更高、表面積更小、孔隙也更小，進而導致電池的性能低于NBL的電池。事實上， NBL陰極的比容量比傳統法制備而成的硫陰極高出48%，容量消褪率降低了26%。如果該陰極中添加了更多的硫，NBL陰極的實用表面積容量高達4 mAh / 平方厘米。

NBL的研究人員不僅在設計和優化陰極，還在利用納米材料工藝對陽極、電池隔膜和電解質進行設計和優化。研究人員的目標是研發出一套完整的鋰硫電池系統，與傳統鋰電池相比，該系統將具備更強的儲能能力，而且比現有的電池壽命更長，能夠給電子設備、電動車和電網儲能等帶來很大的益處。(文中圖片均來自新加坡科技研究局)

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