廉價高功率的鋰硫電池問世

一種工業(yè)廢品、一點塑料，再加上不太高的溫度，或許就是引爆下一個電池革命的導(dǎo)火線。美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）、亞利桑那大學(xué)和韓國首爾國立大學(xué)的研究人員攜手，將這些材料混合在一起，研制出了一種廉價、高功率的鋰硫電池。研究人員表示，新電池的性能可與目前市場上占主流的電池相媲美，而且，經(jīng)過500次充放電循環(huán)后功能無損。 

過去數(shù)十年來，鋰離子電池的能量密度不斷提高，廣泛應(yīng)用于智能手機等領(lǐng)域。但鋰離子電池需要笨重的陰極（一般由氧化鈷等材料制成）來“收納”鋰離子，限制了電池能量密度的進(jìn)一步提高。這意味著，對諸如長距離電動汽車等需要更大能量密度的應(yīng)用來說，鋰離子電池有點力不從心。 

因此，科學(xué)家們將目光投向了鋰離子電池更纖瘦的“表妹”——鋰硫電池身上，后者的陰極主要由硫（石油工業(yè)廉價的副產(chǎn)品）制成。硫的“體重”僅為鈷的一半，因此，同樣體積的硫收納的鋰離子數(shù)為氧化鈷的兩倍，這就使得鋰硫電池的能量密度為鋰離子電池的數(shù)倍。

但硫陰極也有兩大劣勢：首先，硫容易與鋰結(jié)合，形成的化合物會結(jié)晶；其次，不斷的充放電循環(huán)使硫陰極容易破裂，因此，一塊典型的鋰硫電池經(jīng)過幾次循環(huán)就成了無用之物。 

據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)6月4日報道，在最新研究中，為了制造出穩(wěn)定的硫陰極，研究人員將硫加熱到185攝氏度，將硫元素由8個原子組成的環(huán)路融化成長鏈，隨后，他們讓硫鏈同二異丁烯（DIB，一種碳基塑料前體）混合，二異丁烯讓硫鏈連接在一起，最終得到了一種混合聚合物。他們將這一過程稱為“逆向硫化”，因為其同制造橡膠輪胎的過程類似，關(guān)鍵的區(qū)別在于：在輪胎中，含碳材料會聚集成一大塊，硫則點綴其中。 

科學(xué)家們解釋道，添加二異丁烯使硫陰極不那么容易破碎，也阻止了鋰硫化合物結(jié)晶。研究表明，硫和二異丁烯的最佳混合為二異丁烯占總質(zhì)量的10%到20%。如果太少，無法保護陰極；如果太多，電化學(xué)性能不活躍的二異丁烯會降低電池的能量密度。 

測試表明，經(jīng)過500次循環(huán)后，電池的能量密度仍為最初的一半多。亞利桑那大學(xué)的化學(xué)家杰弗里·佩恩表示，其他還處于實驗階段的鋰硫電池也有同樣的性能，但其制造成本高昂，很難進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

NIST的材料科學(xué)家克里斯托弗·索爾斯表示，盡管如此，這種鋰硫電池短期內(nèi)也不會上市，硫暴露在空氣中很容易燃燒，因此，任何經(jīng)濟可行的鋰硫電池都需要經(jīng)過非常嚴(yán)苛的安全測試，才能投放市場。