鋰硫電池技術取得突破
- 發佈時間：2015-02-02 02:32:48 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
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加拿大滑鐵盧大學的科學家日前宣稱在鋰硫電池技術上取得了一項重大突破。借助一種超薄奈米材料，他們開發出一種更加經久耐用的硫陰極。該技術有望製造出重量更輕、性能更好、價格更便宜的電動汽車電池。相關論文發表在最近出版的《自然·通訊》雜誌上。
由滑鐵盧大學化學教授琳達·納扎爾和她的研究小組發現的這種新材料能夠保持硫陰極的穩定性，克服了目前製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汽車提供三倍于目前普通鋰離子電池的續航時間，還會比鋰離子電池更便宜。納扎爾認為這是一項重大的進步，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的研究，最初為人所知是在2009年。當時，他們發表在《自然》雜誌上的一篇論文，用奈米材料證明了鋰硫電池的可行性。理論上，相對於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，由於硫會溶解到電解質溶液當中，形成硫化物，用硫製成的陰極僅僅幾週後就會消耗殆盡，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誘捕的方式將多硫化物穩定下來。但是一個讓他們意想不到的轉折是，事實並非如此，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。他們最初關於金屬氧化物的研究曾發表在去年8月出版的《自然·通訊》雜誌上。雖然研究人員自那以後發現，二氧化錳奈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。
納扎爾團隊發現，超薄二氧化錳奈米片表面的化學活性能夠較好地固定硫陰極，並最終製成了一個可迴圈充電超過2000個週期的高性能陰極材料。這種材料表面的化學反應與1845年德國硫化學黃金時代發現的瓦肯羅德爾溶液中的化學反應類似。納扎爾説：“具有諷刺意味的是，現在已經很少有科學家研究甚至是講授硫化學了。於是我們不得不去找很久之前的文獻，來了解這種可能從根本上改變我們未來的技術。”他們還發現，氧化石墨烯似乎也有著類似的工作機制。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。
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