科学探索|研究：阴极化学的突破为更可持续的锂硫电池铺平道路( 二 ) 研究：阴极化学的突破为更可

Kalra说：“拥有一个能与他们已经在使用的碳酸盐电解质一起工作的阴极，对商业制造商来说是阻力最小的途径。因此，我们的目标不是推动行业采用一种新的电解质，而是制造一种可以在现有的锂离子电解质系统中工作的阴极。”
因此，为了希望消除多硫化物的形成以避免不良反应，该团队试图使用蒸镀技术将硫限制在碳纳米纤维阴极基材中。虽然这个过程没有成功地将硫嵌入纳米纤维网中，但它做了一些非同寻常的事情，这在研究小组开始测试阴极时就显现出来。
“当我们开始测试时，它开始漂亮地运行--这是我们没有想到的。事实上，我们一遍又一遍地测试它--超过100次--以确保我们真的看到了我们认为看到的东西，”Kalra说。“我们怀疑硫磺阴极会导致反应停滞，但实际上它的表现惊人地好，而且它一次又一次地这样做，没有引起穿梭。”
经过进一步调查，研究小组发现，在将硫沉积在碳纳米纤维表面的过程中--将其从气体变为固体--它以一种意想不到的方式结晶，形成了该元素的一种轻微变化，称为单斜伽马相硫。硫的这种化学相，与碳酸盐电解质不发生反应，以前只在实验室的高温下产生，只在自然界的油井的极端环境中观察到过。
化学和生物工程系的博士生、该研究的共同作者Rahul Pai说：“起初，很难相信这就是我们探测到的东西，因为在以前的所有研究中，单斜伽马相硫在95摄氏度以下是不稳定的。在上个世纪，只有少数几项研究产生了单斜伽马相硫，而且它最多只稳定了20-30分钟。但是我们在一个阴极中创造了它，该阴极经历了数千个充放电循环而性能没有减弱--一年后，我们对它的检查表明，化学相一直保持不变。”
经过一年多的测试，硫磺阴极仍然稳定，正如该团队报告的那样，在4000次充放电循环中，其性能没有下降，这相当于10年的常规使用。而且，正如预测的那样，该电池的容量是锂离子电池的三倍以上。
Kalra说：“虽然我们仍在努力了解在室温下创造这种稳定的单晶硫的确切机制，但这仍然是一个令人兴奋的发现，它可以为开发更可持续和负担得起的电池技术打开许多大门。”
用硫磺替代锂离子电池中的阴极，将减轻对采购钴、镍和锰的需求。这些原材料的供应是有限的，而且不容易提取，不会造成健康和环境危害。另一方面，世界上到处都有硫磺，而且在美国有大量的硫磺，因为它是石油生产的废物。
Kalra建议，拥有一个稳定的硫磺阴极，在碳酸盐电解质中发挥作用，也将使研究人员能够在研究锂阳极的替代品方面取得进展--这可能包括更多的地球资源选择，如钠。
【科学探索|研究：阴极化学的突破为更可持续的锂硫电池铺平道路】Kalra说：“摆脱对锂和其他昂贵且难以从地球上提取的材料的依赖，对于电池的发展和扩大我们使用可再生能源的能力来说是至关重要的一步。开发一种可行的锂硫电池为取代这些材料开辟了许多途径。”