容量是鋰離子電池的五倍且環(huán)境污染低的電池可能會導致開發(fā)更便宜的電動汽車和大規(guī)模存儲主電源?；阡嚭土?(Li-S) 的電池能夠在 200 多次充電和放電循環(huán)中保持 99% 的效率；如果用于為智能手機供電，它可以保持運行五天（圖 1）。

這種新電池是由澳大利亞墨爾本莫納什大學機械工程和航空航天系研究員 Mahdokht Shaibani 及其同事開發(fā)的。

研究人員已為其制造工藝申請了專利，并且原型電池已由包括弗勞恩霍夫材料與梁技術研究所在內(nèi)的德國合作伙伴成功制造?？茖W家們認為，這一發(fā)展可能會改變未來手機、汽車、計算機和太陽能網(wǎng)絡的生產(chǎn)方式。該研究發(fā)表在《科學進展》上。

該研究小組包括 Shaibani 和她在莫納什大學的團隊；與來自 CSIRO、列日大學、弗勞恩霍夫和 Beam Technology 的同事一起。

“鋰硫電池的設計和實施可以徹底改變汽車市場，”作者之一、莫納什大學教授 Mainak Majumder 說。

圖 1：Matthew Hill 副教授、Mahdokht Shaibani 博士和 Mainak Majumder 教授 [來源：莫納什大學]

談到電池，每個人都在尋找能夠提供更長壽命和可持續(xù)性的新解決方案。研究人員一直致力于研究可以充電更多、使用壽命更長的電池。

迄今為止，鋰硫電池的弱點在于硫電極的高容量，大到在正常的電池充放電循環(huán)中會斷裂。硫電極在循環(huán)過程中膨脹和收縮，電極體積變化約78%。

由于鋰化/脫鋰體積的顯著變化以及由此產(chǎn)生的應力，當硫電極充電至所需水平 5 至 10 mg cm-2 時，更高的能量性能會迅速減弱。研究人員在化學水平上為硫顆粒提供了更多空間，使用較少量的聚合物材料將顆粒固定在電極中，從而在硫顆粒之間形成更多的間隔結構。使用與鋰離子電池相同的材料，研究人員重新配置了硫陰極的設計，使其能夠承受更高的應力負載，而不會降低整體容量或性能。

這種鋰硫電池可以顯著降低電池的成本，因為硫是一種豐富且極其經(jīng)濟的化學元素。然而，可能存在與鋰離子電池生產(chǎn)相關的倫理問題。電動汽車的主要問題與電池生產(chǎn)所需原材料的提取過程有關。許多研究還側重于開發(fā)對環(huán)境影響較小的廉價組件，例如硫。

據(jù)科學家預測，到2050年，道路上的電動汽車數(shù)量將達到9.65億輛，電池的儲能容量要上升到12380GWh，而光伏系統(tǒng)的儲能容量要超過7100GW。未來幾年，對金屬的需求將大幅增長。

電池是未來幾年在運輸和電力方面使歐洲能源供應系統(tǒng)擺脫碳氫化合物的關鍵技術之一。硫更容易找到且更便宜，尤其是因為它也是石油加工的廢物。在不久的將來，我們將需要新一代高性能、可靠、安全、可持續(xù)且價格合理的電池。

儲能系統(tǒng)將在電力和熱力系統(tǒng)的完全脫碳中發(fā)揮越來越重要的作用。從化石燃料到可再生能源的過渡不能不包括先進儲能技術的發(fā)展，例如儲能系統(tǒng)和電池。

與傳統(tǒng)鋰離子（Li-ion）電池相比，儲能新技術涉及使用硫，硫是一種非常經(jīng)濟的材料，與傳統(tǒng)鋰離子相比，具有更高的過載耐受性、更低的毒性和更輕的重量。
利用鋰硫電池的電化學反應可以在各個應用領域帶來令人興奮的新發(fā)展。其他研究人員發(fā)現(xiàn)，將硫碳儲能包裹在薄而柔韌的石墨烯片中可以加速電子和離子的傳輸，從而提高性能和導電性。通過將硫碳單元包裹在石墨烯片中，您可以獲得更長的電池壽命、更好的循環(huán)穩(wěn)定性和更高的效率。

審核編輯 黃昊宇