新型阴极设计显着提高下一代电池的性能

由Cheong Ying Chan工程与环境学教授、机械与航空航天工程讲座教授兼科技大学能源研究所所长赵天寿教授领导的团队提出了一种新型锂硫(Li-S)电池正极设计概念提高了这种有前途的下一代电池的性能。

锂硫电池被认为是智能手机、电动汽车和无人机中常用的锂离子 (Li-ion) 电池的有吸引力的替代品。它们以其高能量密度而闻名，而它们的主要成分硫则丰富、轻、便宜且对环境无害。

锂硫电池可能提供超过 500 Wh/kg的能量密度，明显优于达到 300 Wh/kg 极限的锂离子电池。更高的能量密度意味着由锂离子电池驱动的电动汽车的续航里程约为 400 公里，如果由锂硫电池供电，则可大幅延长至 600-800 公里。

尽管全球研究人员在锂硫电池方面取得了令人振奋的成果，但实验室研究与该技术在工业规模上的商业化仍有很大差距。一个关键问题是锂硫电池的多硫化物穿梭效应，导致正极活性材料逐渐泄漏和锂腐蚀，从而导致电池寿命周期缩短。其他挑战包括减少电池中电解液的量，同时保持稳定的电池性能。

为了解决这些问题，赵教授的团队与国际研究人员合作，提出了一种可以实现良好锂硫电池性能的正极设计概念。

高度取向的大孔主体可以均匀地容纳硫，同时主体内部嵌入了丰富的活性位点，紧密吸附多硫化物，消除了穿梭效应和锂金属腐蚀。通过提出锂硫电池中硫正极的设计原理，联合团队提高了电池的能量密度，向电池产业化迈出了一大步。

“我们仍处于这一领域的基础研究阶段，”赵教授说。“然而，我们新颖的电极设计概念和相关的性能突破代表着向实际使用下一代电池迈出了一大步，该电池比今天的锂离子电池更强大、更持久。”