鋰硫電池被譽為電池技術的下一個重大進步，有望在從手機到電動汽車等各種產品的單次充電中使用更長的時間，同時比目前的鋰離子電池更環保、更可持續地生產。然而，這些電池的壽命不如鋰離子電池長，會隨着時間的推移而退化。
得克薩斯大學奧斯汀分校科克雷爾工程學院的一組研究人員找到了一種方法，可以穩定鋰硫電池中最具挑戰性的部分之一，使這項技術更接近商業可行性。研究小組4月28在《焦耳》雜誌上發表的研究結果表明，在電池內部原位製造一層含有碲的人工層，覆蓋在金屬鋰上，可以使它的壽命延長四倍。
“硫磺儲量豐富，對環境無害，在美國沒有供應鏈問題。”機械工程教授、德州材料研究所所長阿魯穆加姆·曼瑟拉姆説，“但這裏存在一些工程方面的挑戰。我們已經解決了延長電池使用壽命的問題。”
鋰是一種反應性元素，它會分解周圍的其它元素。鋰硫電池的每一次循環——充電和放電的過程——都會在鋰金屬陽極(電池的負極)上形成苔蘚和針狀沉積物。這一反應會導致電池整體退化。
這些沉積物分解了來回運輸鋰離子的電解質。這可能會困住一些鋰，使電極無法提供足夠的能量來實現超長時間的使用。這種反應還會導致電池短路，並可能引發火災。
在鋰電極上形成的人工層保護電解液不被降解，並減少了在充電過程中阻止鋰形成的苔蘚結構。
“鋰表面形成的人工層使其在不破壞電解液的情況下工作，從而電池的使用壽命更長。”阿姆魯絲·巴爾加夫説，他和他的研究生桑賈伊·南達共同撰寫了這篇論文。
曼瑟拉姆補充説，這種方法可以應用於其它鋰基和鈉基電池。研究人員已經為這項技術申請了臨時專利。
南達説:“穩定層是通過一個簡單的現場過程形成的，不需要昂貴或複雜的預處理或鋰金屬陽極塗層過程。”
解決這部分電池的不穩定性是延長其使用壽命和推廣應用的關鍵。曼瑟拉姆説，鋰硫電池目前最適合需要輕型電池的設備，一次充電可以運行很長時間，不需要大量的充電週期，比如無人機。但它們有潛力在擴大電動汽車的使用範圍和增加可再生能源的使用方面發揮重要作用。
曼瑟拉姆説，鋰硫電池的正極和負極的充電容量都是當今鋰離子電池的10倍，這意味着一次充電可以提供更長時間的使用。硫作為石油和天然氣工業的副產品廣泛存在，使得電池的生產成本低廉。硫也比鋰離子電池中使用的金屬氧化物材料更環保。
編譯/前瞻經濟學人APP資訊組
原文來源:https://techxplore.com/news/2020-04-next-generation-batteries-major-commercial-viability.html