科学家研发新型阴极制备法 让储能超10倍的锂硫电池取代锂离子电池

据外媒报道，新加坡科技研究局（A*STAR）纳米生物实验室（NBL）的科学家研发出一种新颖的方法来制备下一代锂硫电池阴极，而且该方法简化了锂硫电池阴极耗时且复杂的生产过程。该研究表明锂硫电池商业化有了希望，而且解决了行业内的一个挑战，即需要一种实用方法以大规模生产能够提升电池性能的材料。

尽管人们普遍认为锂离子电池是一种先进的技术，可以有效地为现代通信设备提供动力，但是由于其内在电化学属性不稳定，存在存储容量有限以及安全性不足等缺点。不过，NBL研究团队研发了一种新型简化技术，能够从廉价的商用材料中研发出锂硫电池阴极，从而改变现状。在理论上，硫的能量密度高、成本低且储量丰富，有助于锂硫电池系统得到普及，进而替代锂离子电池。

理论上说，锂硫电池可存储比锂离子电池多10倍的能量，但是目前为止，此种电池无法重复充放电。NBL研发的锂硫电池阴极却显示了良好的比容量，高达1220 mAh/g，意味着每1g的阴极材料就可存储1220 mAh的电荷。相比之下，典型锂离子电池阴极的比容量为140 mAh/g。此外，NBL的锂硫电池阴极在200次以上的充电循环后，仍保持很高的容量，性能的损失降至最小。能够达到此种性能的关键在于NBL采用了独特的阴极制备两步法。

研究人员在添加硫之前，先构建了碳支架，得到一种3D互联多孔纳米材料。与传统制备阴极的方法不同，该方法可以在电池充电时，防止碳支架坍塌。在电池充放电初期，传统法制备的阴极碳支架会坍塌，从而导致整个电池结构的变化。最终，传统阴极的密度变得更高、表面积更小、孔隙也更小，进而导致电池的性能低于NBL的电池。事实上， NBL阴极的比容量比传统法制备而成的硫阴极高出48%，容量消褪率降低了26%。如果该阴极中添加了更多的硫，NBL阴极的实用表面积容量高达4 mAh / 平方厘米。

NBL的研究人员不仅在设计和优化阴极，还在利用纳米材料工艺对阳极、电池隔膜和电解质进行设计和优化。研究人员的目标是研发出一套完整的锂硫电池系统，与传统锂离子电池相比，该系统将具备更强的储能能力，而且比现有的电池寿命更长，能够给电子设备、电动汽车和电网储能等带来很大的益处。（文中图片均来自新加坡科技研究局）