科学探索|锂硫电池研究新进展特殊硫化物不会与碳酸盐电解质发生反应锂硫电池研究新进展|特殊硫化

随着电动汽车的不断普及，科学家们也在努力寻找更具潜力和环保的动力电池。近日，德雷克塞尔大学的一支工程师团队，就在《自然通讯化学》期刊上介绍了他们的新型锂硫电池。与依赖于昂贵原材料（比如钴元素）、且存在诸多问题阻碍的竞品相比，这项新研究突破，极大地推进了锂硫电池的商业化进程。

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研究配图 - 1：锂硫电池在碳酸盐基电解质中的放电示意图
通过利用硫的稀有化学相，研究人员得以防止电池中发生破坏性的化学反应，并且有望于未来的 EV 动力电池市场展现其巨大的性能潜力。
与镍、钴、锰相比，锂硫电池的一大前景，在于硫元素的储量相当丰富、成本足够低廉、且性能优势也更加显著（或数倍于当今的锂离子电池）。

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研究配图 - 2：CNF 材料表征（来自：Nature Communications Chemistry）
但在投入商业化应用之前，科学家们还得攻克一个难关 —— 那就是形成所谓的多硫化物。
随着电池的运行，它们会进入于阴阳两极之间来回传输电荷的电解质溶液，并在那里发生化学反应，从而影响电池的容量和寿命。

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研究配图 - 3：CNFs / γ-CNFs 相、及其表面特征
此前科学家们已经成功地将碳酸盐电解质换成了醚电解质，后者的最大特点，就是不会与多硫化物产生反应。
不过这也带来了新的问题，毕竟醚电解质本身具有高度的挥发性、且含有低沸点成分 —— 意味着若加热至室温以上，电池很可能迅速失效或熔化。

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研究配图 - 4：γS-CNFs 的电化学表征
有鉴于此，德雷克塞尔大学（Drexel.edu）的化学工程师们，一直在潜心研究另一套解决方案 —— 从设计一种新的阴极开始。
据悉，新型阴极能够与当前已投入商用的碳酸盐电解质一同工作。其由碳纳米纤维制成，此前已被证明能够减缓多硫化物在醚电解质中的移动。
当然，想要验证新型阴极材料可与碳酸盐电解质完美协同使用，仍绕不开一些必须完成的工作。

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研究配图 - 5：γS-CNF 的倍率性能和高负载分析
首席研究员 Vibha Kalra 指出：对于商业制造商来说，这是化解碳酸盐电解质应用难题的一个最佳途径。
他们的目标不是推动行业去采用全新的电解质，而是制造一种可在现有的锂离子电解质系统中工作的新型阴极。

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研究配图 - 6：充放电循环后的 SEM / TEM 分析
研究团队先是尝试运用了一种被称作蒸汽处理的技术，以将硫束缚在碳纳米纤维网中、从而防止危险的化学反应，但遗憾没有取得预期的效果。
不过歪打正着的是，事实证明他们以一种意想不到的方式形成了硫结晶，并将之转变成了一种被称作“单斜伽马相硫”的物质（算是元素的一种轻微形变）。

科学探索|锂硫电池研究新进展 特殊硫化物不会与碳酸盐电解质发生反应

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