加拿大滑鐵盧大學(xué)的科學(xué)家日前宣稱(chēng)在鋰硫(Li-S)電池技術(shù)上取得了一項重大突破。借助一種超薄納米材料，他們開(kāi)發(fā)出一種更加經(jīng)久耐用的硫陰極。該技術(shù)有望制造出重量更輕、性能更好、價(jià)格更便宜的電動(dòng)汽車(chē)電池。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的《自然·通訊》雜志上。
由滑鐵盧大學(xué)化學(xué)教授琳達·納扎爾和她的研究小組發(fā)現的這種新材料能夠保持硫陰極的穩定性，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(dòng)汽車(chē)提供三倍于目前普通鋰離子電池的續航時(shí)間，還會(huì )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(shuō)，這是一項重大的進(jìn)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(shù)的研究，最初為人所知是在2009年。當時(shí)，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(huì )溶解到電解質(zhì)溶液當中，形成硫化物，用硫制成的陰極僅僅幾周后就會(huì )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(guò)誘捕的方式將多硫化物穩定下來(lái)。但是一個(gè)讓他們意想不到的轉折是，事實(shí)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(guān)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，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(shuō)：“在開(kāi)發(fā)出新的材料之前，你必須專(zhuān)注于這一現象，找到它們的運行機理。”研究人員發(fā)現，超薄二氧化錳納米片表面的化學(xué)活性能夠較好地固定硫陰極，并最終制成了一個(gè)可循環(huán)充電超過(guò)2000個(gè)周期的高性能陰極材料。
研究人員稱(chēng)，這種材料表面的化學(xué)反應與1845年德國硫化學(xué)黃金時(shí)代發(fā)現的瓦肯羅德?tīng)柸芤褐械幕瘜W(xué)反應類(lèi)似。納扎爾說(shuō)：“具有諷刺意味的是，現在已經(jīng)很少有科學(xué)家研究甚至是講授硫化學(xué)了。于是我們不得不去找很久之前的文獻，來(lái)了解這種可能從根本上改變我們未來(lái)的技術(shù)。”
論文第一作者、滑鐵盧大學(xué)博士后蕭亮(音譯)和研究生康納·哈特、龐泉(音譯)還發(fā)現，氧化石墨烯似乎也有著(zhù)類(lèi)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。
據悉，納扎爾教授將在美國科學(xué)促進(jìn)會(huì )(AAAS)年會(huì )上對這種鋰硫電池技術(shù)作出更為詳細的介紹。
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