顆粒在線訊：隨著電動汽車的不斷普及，科學(xué)家們也在努力尋找更具潛力和環(huán)保的動力電池。近日，德雷克塞爾大學(xué)的一支工程師團隊，就在《自然通訊化學(xué)》期刊上介紹了他們的新型鋰硫電池。與依賴于昂貴原材料（比如鈷元素）、且存在諸多問題阻礙的競品相比，這項新研究突破，極大地推進了鋰硫電池的商業(yè)化進程。

研究配圖 - 1：鋰硫電池在碳酸鹽基電解質(zhì)中的放電示意圖

通過利用硫的稀有化學(xué)相，研究人員得以防止電池中發(fā)生破壞性的化學(xué)反應(yīng)，并且有望于未來的 EV 動力電池市場展現(xiàn)其巨大的性能潛力。

與鎳、鈷、錳相比，鋰硫電池的一大前景，在于硫元素的儲量相當(dāng)豐富、成本足夠低廉、且性能優(yōu)勢也更加顯著（或數(shù)倍于當(dāng)今的鋰離子電池）。

研究配圖 - 2：CNF 材料表征（來自：Nature Communications Chemistry）

但在投入商業(yè)化應(yīng)用之前，科學(xué)家們還得攻克一個難關(guān) —— 那就是形成所謂的多硫化物。

隨著電池的運行，它們會進入于陰陽兩極之間來回傳輸電荷的電解質(zhì)溶液，并在那里發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而影響電池的容量和壽命。

研究配圖 - 3：CNFs / γ-CNFs 相、及其表面特征

此前科學(xué)家們已經(jīng)成功地將碳酸鹽電解質(zhì)換成了醚電解質(zhì)，后者的最大特點，就是不會與多硫化物產(chǎn)生反應(yīng)。

不過這也帶來了新的問題，畢竟醚電解質(zhì)本身具有高度的揮發(fā)性、且含有低沸點成分 —— 意味著若加熱至室溫以上，電池很可能迅速失效或熔化。

研究配圖 - 4：γS-CNFs 的電化學(xué)表征

有鑒于此，德雷克塞爾大學(xué)（Drexel.edu）的化學(xué)工程師們，一直在潛心研究另一套解決方案 —— 從設(shè)計一種新的陰極開始。

據(jù)悉，新型陰極能夠與當(dāng)前已投入商用的碳酸鹽電解質(zhì)一同工作。其由碳納米纖維制成，此前已被證明能夠減緩多硫化物在醚電解質(zhì)中的移動。

當(dāng)然，想要驗證新型陰極材料可與碳酸鹽電解質(zhì)完美協(xié)同使用，仍繞不開一些必須完成的工作。

研究配圖 - 5：γS-CNF 的倍率性能和高負(fù)載分析

首席研究員 Vibha Kalra 指出：對于商業(yè)制造商來說，這是化解碳酸鹽電解質(zhì)應(yīng)用難題的一個最佳途徑。

他們的目標(biāo)不是推動行業(yè)去采用全新的電解質(zhì)，而是制造一種可在現(xiàn)有的鋰離子電解質(zhì)系統(tǒng)中工作的新型陰極。

研究配圖 - 6：充放電循環(huán)后的 SEM / TEM 分析

研究團隊先是嘗試運用了一種被稱作蒸汽處理的技術(shù)，以將硫束縛在碳納米纖維網(wǎng)中、從而防止危險的化學(xué)反應(yīng)，但遺憾沒有取得預(yù)期的效果。

不過歪打正著的是，事實證明他們以一種意想不到的方式形成了硫結(jié)晶，并將之轉(zhuǎn)變成了一種被稱作“單斜伽馬相硫”的物質(zhì)（算是元素的一種輕微形變）。

研究配圖 - 7：充放電循環(huán)后的 XRD / XPS 分析

這種硫化物的化學(xué)相，通常只能在實驗室的高溫環(huán)境、或自然界的油井中觀察到。

但對科學(xué)家們來說，其最大的優(yōu)勢，就是不會與碳酸鹽電解質(zhì)發(fā)生不必要的反應(yīng)，從而消除了形成多硫化物的潛在風(fēng)險。