鋰硫電池短命問題有救了？這次還得靠石墨烯出馬

鋰硫電池短命問題有救了？這次還得靠石墨烯出馬

科研人員已經(jīng)研發(fā)出一種新成分，可以治愈鋰硫電池的“阿喀琉斯之踵”。

與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，鋰硫電池有著重要的優(yōu)勢：材料價格更低廉、質(zhì)量更輕。質(zhì)量相等的鋰硫電池，能量卻相當于鋰離子電池的兩倍，這一能量密度在便攜電子設(shè)備和電動車領(lǐng)域非常關(guān)鍵。

提高能量密度在交通運輸和能源制造領(lǐng)域?qū)档湍茉磧Υ娉杀?、減少溫室氣體排放均非常重要。然而，經(jīng)過幾次充放循環(huán)之后，鋰硫電池就會逐漸不穩(wěn)定，兩個電極會發(fā)生故障，這一問題使其很難登上能量儲存的“王座”。尤其是鋰離子會與硫發(fā)生化學反應(yīng)，形成遷移和減少電池儲存能力的化合物。

“當這發(fā)生時，它們在表面形成阻礙，阻止鋰與陰極接觸。”美國耶魯大學化學教授Victor Batista說。

在3月20日發(fā)表于美國《國家科學院院刊》的文章中，Batista和合作者展示了一種復合薄膜，可以讓鋰硫電池壽命顯著增加。

研究人員首先模擬了哪種材料和結(jié)構(gòu)能夠讓鋰硫電池壽命更長，并計算了陰極中的分子如何與不同材料發(fā)生反應(yīng)。該團隊隨后利用石墨烯（單原子密度的碳結(jié)構(gòu)）和一種有機聚合物（擁有像樹枝一樣的結(jié)構(gòu)）制成了薄膜。結(jié)果表明，該薄膜平均厚度為90納米。

該薄膜可讓鋰硫混合物處于一個地方，并組織它們流向電解質(zhì)，使電池性能下降。通過這一機制，科學家表明它們能夠在不讓鋰—硫電池性能打折扣的情況下，延長其循環(huán)使用的壽命。“最妙的地方是用這些材料，我們能夠用極少量的薄膜制作出具有穩(wěn)定性的電池?！盉atista說。

該論文共同作者、耶魯大學能源科學研究所博士后Jianbing Jiang強調(diào)，這種混合薄膜是由商業(yè)上可獲得的基本材料做成的，這使其價格低廉，易于大規(guī)模使用。

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