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圖/新能源汽車
 

       近些年來，伴隨著新能源電動汽車和各類便攜式電子設備的應用，人們對儲能裝置（即電池）提出更安全可靠續航更長的新要求。傳統的鋰離子電池受限于本身的比能量密度，無法達到更高的續航能力，而且本身也具有一定的安全隱患。所以急需開發新的安全可靠，續航更足的可應用的電池體系。

 

       鋰硫電池，是一種以硫元素作正極，金屬Li（鋰）作負極的一種電池體系，屬于鋰電池家族的一員。理論上，鋰硫電池達到了將近1700mAh/克的比容量,比能量密度達到了2600Wh/千克，是目前廣泛應用的鋰離子電池的十倍以上（小于150mAh/克）。并且，硫元素是一種相對而言對環境友好的元素，基本沒有環境污染問題，而且國內硫礦資源較為豐富，造價相對實惠，因而成為了電化學領域的研究熱點，被認為下一代的電池體系之一，是一種具有廣闊應用價值的電池體系。但是鋰硫電池也有其固有的缺陷。首先，生成的硫化鋰等導電性能差，這導致電池的倍率低下；其次，在充電放電循環過程中會產生多硫化物，出現“穿梭效應”；另外，在金屬Li負極還會出現枝晶，導致放電中斷。因此，開發出具有良好導電性能和能吸附多硫化物的材料，又能保證安全而不犧牲電化學性能的體系，是鋰硫電池應用的關鍵所在。
 

圖/電動汽車電池

 

       近期，國內相關領域學者在鋰硫電池研究方面取得多項進展。

 

       華南理工大學的王海輝團隊與澳大利亞阿德萊德大學的喬世璋團隊合作開發了一種二維MoN-VN異質結構控制多硫化物用于高效鋰硫電池，他們利用二維異質結構MoN-VN作為硫主體，來調節硫化鋰，具有比二維MoN更高的硫利用效率。而V的摻入增強了對多硫化鋰的吸附，從而讓鋰硫電池具有更高得電池容量和更優異循環性能。
 

圖/二維材料參與的鋰硫電池文獻

 

       中科院青島能源所先進儲能材料與技術研究組以石墨烯，木質纖維素和碳納米管為原料對正極的載硫材料進行改性，合成了一種“類鋼筋混凝土”結構的柔性載硫材料，并利用這種材料組裝電池。在0.1C下電池容量可以達到1630mAh/克，1C下500次循環充電放電仍能保持86.5%的比容量，0.5C下100次循環能保持90%以上的電池容量。這種材料實現了同時提高鋰硫電池的載硫量、硫利用率和循環壽命。也為鋰硫電池的研究提供了嶄新的思路。
 

圖/柔性載硫材料鋰硫電池文獻

 

       而上海交通大學王久林研究團隊則在電池安全性能上取得了突破。他們制備了一種新的鋰硫電池電解質溶液（用雙氟磺酰亞胺鋰溶于磷酸三乙酯和高閃點氟代醚獲得了飽和電解液），與高濃度電解液相比，新的電解液成本低，粘度低而且增強了對金屬Li電極的保護。能夠有效清除Li電極的枝晶，從而清除可能存在的安全隱患。同時在60度以上高溫下提高了安全性和電化學性能。

 

圖/新電解液體系鋰硫電池文獻

 

       相信在科學家們的努力下，新的電池體系能夠盡快的出現在我們的日常生活，改善我們的生活，同時能夠更好的保護環境。當然也希望科學家們在廢舊電池的回收上有所進展。