借助超薄納米材料 鋰硫電池技術取得突破
加拿大滑鐵盧大學的科學家日前宣稱在鋰硫(Li-S)電池技術上取得了一項重大突破。借助一種超薄納米材料，他們開發(fā)出一種更加經(jīng)久耐用的硫陰極。該技術有望制造出重量更輕、性能更好、價格更便宜的電動汽車電池。相關論文發(fā)表在最近出版的《自然·通訊》雜志上。
由滑鐵盧大學化學教授琳達·納扎爾和她的研究小組發(fā)現(xiàn)的這種新材料能夠保持硫陰極的穩(wěn)定性，克服了目前制造鋰硫電池所面臨的主要障礙。在理論上，同樣重量的鋰硫電池不但能夠為電動汽車提供三倍于目前普通鋰離子電池的續(xù)航時間，還會比鋰離子電池更便宜。納扎爾教授同樣是加拿大固態(tài)能源材料研究中心主任，她說，這是一項重大的進步，讓高性能的鋰硫電池近在眼前。
納扎爾的團隊對鋰硫電池技術的研究，最初為人所知是在2009年。當時，他們發(fā)表在《自然》雜志上的一篇論文，用納米材料證明了鋰硫電池的可行性。理論上，相對于目前在鋰離子電池中所使用的鋰鈷氧化物，作為陰極材料，硫更富有競爭力。因為硫材料儲量豐富，重量輕且便宜。但不幸的是，由于硫會溶解到電解質溶液當中，形成硫化物，用硫制成的陰極僅僅幾周后就會消耗殆盡，從而導致電池失效。
納扎爾的研究小組最初認為多孔碳或石墨烯能夠通過誘捕的方式將多硫化物穩(wěn)定下來。但是一個讓他們意想不到的轉折是，事實并非如此，最終的答案既不是多孔碳也不是多孔石墨烯，而是金屬氧化物。
他們最初關于金屬氧化物的研究曾發(fā)表在去年8月出版的《自然·通訊》雜志上。雖然研究人員自那以后發(fā)現(xiàn)，二氧化錳納米片比二氧化鈦性能更好，但新的論文主要是闡明它們的工作機制。
納扎爾說：“在開發(fā)出新的材料之前，你必須專注于這一現(xiàn)象，找到它們的運行機理。”研究人員發(fā)現(xiàn)，超薄二氧化錳納米片表面的化學活性能夠較好地固定硫陰極，并最終制成了一個可循環(huán)充電超過2000個周期的高性能陰極材料。
研究人員稱，這種材料表面的化學反應與1845年德國硫化學黃金時代發(fā)現(xiàn)的瓦肯羅德爾溶液中的化學反應類似。納扎爾說：“具有諷刺意味的是，現(xiàn)在已經(jīng)很少有科學家研究甚至是講授硫化學了。于是我們不得不去找很久之前的文獻，來了解這種可能從根本上改變我們未來的技術。”
論文第一作者、滑鐵盧大學博士后蕭亮(音譯)和研究生康納·哈特、龐泉(音譯)還發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯似乎也有著類似的工作機制。他們目前正在調查其他氧化物，以確定最有效的硫固定材料。
據(jù)悉，納扎爾教授將在美國科學促進會(AAAS)年會上對這種鋰硫電池技術作出更為詳細的介紹。
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