盖世汽车|韩国获锂硫电池研发新见解 或取代现有锂离子电池
盖世汽车讯 在过去几十年中 ， 移动技术、可穿戴电子设备、电动汽车以及各种各样便携式设备的使用大幅增长 ， 促使全球各地的科学家都寻求可充电电池的下一个突破 。 而锂硫电池(LSB)由含硫阴极和浸泡在液体电解质中的锂阳极构成 ， 而且由于成本低、无毒 ， 硫储量丰富等原因 ， 有望取代现在随处可见的锂离子电池 。
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【盖世汽车|韩国获锂硫电池研发新见解 或取代现有锂离子电池】(图片来源：大邱庆北科学技术院)
不过 ， 在电池中使用硫会遇到两个问题 。 首先 ， 在电池“放电”循环过程中 ， 在阴极上会形成可溶解的锂聚硫化物(LiPS) ， 并扩散至电解质 ， 且轻易地到达阳极 ， 并在阳极逐渐降低电池的容量 。 第二 ， 硫不具导电性 。 因此 ， 需要采用一种导电多孔的主体材料来容纳硫 ， 并同时在阴极捕获锂聚硫化物 。 近年来 ， 由于碳基主体结构具导电性 ， 人们对其进行了研究 。 但是 ， 碳基主体材料不能捕获锂聚硫化物 。
据外媒报道 ， 韩国大邱庆北科学技术院(the Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology)的科学家提出了一种名为“薄片有序介孔二氧化硅”(platelet ordered mesoporous silica ， pOMS)的新型主体结构 。 他们的选择与众不同之处在于 ， 低成本金属氧化物二氧化硅实际上并不具有导电性 ， 但是 ， 二氧化硅的极性很高 ， 能够吸引锂聚硫化物等其他极性分子 。
将导电碳基剂应用于pOMS结构时 ， 结构空隙中原有的固体硫会溶解到电解质中 ， 并扩散至导电碳基剂 ， 将其还原以产生锂聚硫化物 。 通过此种方式 ， 硫可以高效地参与到必要的电化学反应中 ， 尽管二氧化硅不具导电性 。 同时 ， pOMS的极性特性确保锂聚硫化物会接近阴极 ， 远离阳极 。
科学家们还构建了类似的非极性、高导电性传统多孔碳主体结构 ， 以与pOMS结构进行比较实验 。 负责领导该研究的Jong-Sung Yu教授表示：“含碳主体材料的电池最初的容量很高 ， 但由于非极性碳和锂聚硫化物之间的微弱互动 ， 导致电池容量很快就下降 。 在电池连续充放电循环中 ， 该二氧化硅结构清晰地留住了更多的硫 ， 在循环次数高达2000次时 ， 电池还具备更大的容量和稳定性 。 ”
综上所述 ， 从该研究获得的最重要见解或许是 ， 并不需要像以前一样 ， 认为锂硫电池的主体结构需要具备导电性 。 Yu教授表示：“我们的研究结果令人惊讶 ， 因为没有人会想到 ， 不导电的二氧化硅会是一种高效的硫主体材料 ， 甚至比最先进的碳主体材料更好 。 ”该项研究拓宽了锂硫材料主体材料的选择范围 ， 并可能导致下一代硫电池的范式转变 。
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