锂硫电池朝商业可行性迈出了重要的一步

2020-04-29 10:50

锂硫电池被誉为电池技术的明日之星，有望单次充电显著增加手机、电动汽车等产品的使用寿命，同时比目前的锂离子电池更环保。然而，锂硫电池的寿命不如锂离子电池长，会随着时间的推移而退化。

得克萨斯大学奥斯汀分校科克雷尔工程学院的一组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，使这项技术更接近商业可行性。研究小组近日在《焦耳》杂志上发表的研究结果表明，在电池内部原位制造一层含有碲的人工层，覆盖在金属锂上，可以使它的寿命延长四倍。

锂是一种反应性元素，它会分解周围的其他元素。锂硫电池的每一次循环——充电和放电的过程——都会在锂金属阳极（电池的负极）上形成苔藓和针状沉积物。这一反应会导致电池整体退化。

这些沉积物分解了来回运输锂离子的电解质。这可能会困住一些锂，使电极无法提供足够的能量来实现超长时间的使用。这种反应还会导致电池短路，甚至可能引发火灾。

在锂电极上形成的人造层可防止电解质降解，并减少在充电过程中形成锂的生苔结构。“在锂表面上形成的层使它能够在不破坏电解质的情况下运行，并增加电池寿命使。”阿姆鲁丝·巴尔加夫（Amruth Bhargav）说，他和他的研究生学生桑贾伊·南达（Sanjay Nanda）共同撰写了这篇论文。

曼瑟拉姆补充说，这种方法可以应用于其他锂基和钠基电池。研究人员已经为这项技术申请了临时专利。

南达说：“稳定层是通过一个简单的现场过程形成的，不需要昂贵或复杂的预处理或锂金属阳极涂层过程。”

解决这部分电池的不稳定性是延长其使用寿命和推广应用的关键。曼瑟拉姆说，锂硫电池目前最适合需要轻型电池的设备，一次充电可以运行很长时间，不需要大量的充电周期，比如无人机。但它们有潜力在扩大电动汽车的使用范围和增加可再生能源的使用方面发挥重要作用。

曼瑟拉姆说，锂硫电池的正极和负极的充电容量都是当今锂离子电池的10倍，这意味着一次充电可以提供更持续的使用。硫作为石油和天然气工业的副产品广泛存在，使得电池的生产成本低廉。硫也比锂离子电池中使用的金属氧化物材料更环保。

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