新阳极提高锂硫电池寿命4倍

　　据外媒报道，近日，美国能源部下属太平洋西北国家实验室（PNNL）的科研人员研发出一种“混合”阳极，能够显著延长锂硫电池的使用寿命，使锂硫电池向商业化方向又迈近一大步。相关研究论文发表在《自然通讯》上。


　　PNNL科研小组成员刘军（音），同时也是该论文的联合作者表示：“PNNL的新阳极设计让我们向商业化梦想又迈近了一步。”

　　目前，电动汽车普遍采用锂离子电池作为动力电池，同时用于储存可再生能源发电。但是，锂离子电池自身的化学特性限制了其储存容量。一个非常有前景的解决方法是使用锂硫电池，每单位质量的储能容量是锂离子电池的4倍。采用锂硫电池，电动汽车就可以行驶更远的距离并储存更多的电量。但是，锂硫电池的缺陷是使用寿命短，无法实现锂离子电池那样的多次充放电。

　　影响锂硫电池的主要因素是它的副反应，会缩短电池的使用寿命。这种副反应发生在电池含硫的阴极，硫慢慢脱离阴极，形成溶于电池电解液的聚硫化物分子，最终生成一种被称为固态电介质层的薄膜。这种薄膜生成在锂阳极的表面，一直生长直到电池无法运行。


　　截至目前，大多数锂硫电池的研究都是集中在防止硫从阴极泄露。但是，PNNL的科研人员对防泄漏的方法有质疑。此外，近期的相关研究表明，即使阴极溶解，锂硫电池仍能继续工作。因此，PNNL科研小组研发出一种向电池阳极添加防护层的方法。

　　这个防护层由石墨（常用于锂离子电池阳极）构成，阻止硫在电池的锂阳极发生副反应，防止生成使电池衰退的介质层。PNNL科研人员将锂离子电池中的石墨和锂硫电池中的硫结合，形成新的电池阳极，取名为混合阳极。

　　通过测试，PNNL科研人员表示，这种新设计可以将锂硫电池系统的寿命提高四倍。使用传统的锂硫电池，电池在100次充放电循环后停止工作。使用这种新的锂硫电池系统，在同等测试条件下，充放电循环超过400次。

　　刘军表示：“虽然硫还会在我们的混合阳极发生溶解，但是这对电池性能没有造成任何影响。实验表明，采用混合阳极的电池充放电循环可达400次以上，而这之后储能容量只减少了11%。本实验和其它锂硫电池实验都是采用满足实验室测试的小型薄膜电池，而电动汽车需要更加大型厚重的电池。采用更大的电池系统进行测试，可以更好评估PNNL的新混合阳极设计在实际生活中的应用可行性。”

　　PNNL的本次研究得到美国能源部下属科学办公室、APRA-E、能效与可再生能源办公室的大力支持。