與現(xiàn)有的鋰離子電池相比，以單質(zhì)硫為正極，金屬鋰為負極的鋰硫電池具有更高的能量密度、更低的原料成本、更好的環(huán)境親和性。但受限于循環(huán)壽命太短，鋰硫電池尚不能在大規(guī)模儲能和電動汽車領(lǐng)域得到實際應(yīng)用。近日《美國科學(xué)院學(xué)報》在線發(fā)表文章稱，科學(xué)家將一種超薄超輕的表面復(fù)合膜刷涂到硫電極的表面，從而使鋰硫電池的使用壽命顯著提高。
論文第一作者，現(xiàn)北京化工大學(xué)理學(xué)院教授劉文接受科技日報記者采訪時表示，理論上鋰硫電池能夠?qū)崿F(xiàn)3倍于現(xiàn)有鋰離子電池的儲能密度，緩解電動汽車的“里程焦慮”。然而，硫電極的充放電中間產(chǎn)物會溶解到電解質(zhì)溶液中，造成硫的損失和副反應(yīng)，導(dǎo)致鋰硫電極在使用幾周后就會失效。從上世紀60年代鋰硫電池問世到現(xiàn)在，科學(xué)家一直致力于提高硫電極的穩(wěn)定性。
劉文和耶魯大學(xué)化學(xué)系助理教授王海梁等開發(fā)出一種簡便易行的方法，即將含有特定官能團(酰胺)的樹枝狀高分子和石墨烯簡單混合，然后涂在硫電極的表面形成復(fù)合膜。通過表面復(fù)合膜的保護，鋰硫電池能夠?qū)崿F(xiàn)1000次以上的穩(wěn)定循環(huán)。通過該技術(shù)，有望制造出重量更輕、性能更好、價格更便宜的汽車電池，提高電動汽車的續(xù)航能力。
此外，研究團隊同時通過實驗和理論計算考察了復(fù)合膜和電池充放電中間產(chǎn)物的相互作用，確定了鋰硫電池中的化學(xué)固硫機制。與已有的研究報道相比，該復(fù)合膜在幾乎不增加額外體積或重量的基礎(chǔ)上，能有效提高鋰硫電池的循環(huán)性能，使鋰硫電池離實用更近了一步。
