阿贡开发氧化还原活性隔层提高锂硫电池的性能

在日常生活中，锂离子电池被广泛应用于手机、智能手表和电动汽车。锂离子电池自问世以来，取得了很大的进步，但也存在一些共同的缺点，如寿命短、过热、某些原材料短缺等。

据国外媒体报道，为了找到这些问题的解决方案，美国能源部阿贡国家实验室的研究人员测试了电池结构中的新材料，如硫。硫磺储量丰富，性价比高，比传统的离子电池能储存更多的能量。

在一项新的研究中，研究人员通过在电池中创建层来提高储能能力，从而促进了硫基电池的研究，同时几乎消除了导致硫基电池腐蚀的传统问题。

将含硫正极与锂金属负极配对是一种很有前途的电池设计。在这些成分之间是电解质，即支持电池两极之间离子转移的物质。早期的锂硫电池性能不好，因为硫物种会溶解在电解液中，导致电池腐蚀。多硫化物的穿梭效应会对电池寿命产生不利影响，减少电池的可充电次数。

为了防止多硫化物穿梭，以前的研究人员试图在正负电极之间设置一个不活跃的氧化还原屏障。这意味着该材料不会像电极中的其他物质一样发生反应。但这种保护层又重又密，不仅降低了电池单位质量的储能容量，也不能完全避免穿梭效应。这是锂硫电池商业化的一大障碍。

为了解决这个问题，研究人员开发并测试了一种多孔含硫屏障。实验室测试表明，在锂硫电池中，活性隔膜的初始容量比非活性隔膜的初始容量高约三倍。更重要的是，具有活性夹层的电池在700次充放电循环后仍能保持高容量。

来自龚的研究员徐(音译)说:“过去，用氧化还原不活跃的中间层进行的电池实验只能抑制穿梭效应。在这个过程中，层的额外重量牺牲了给定细胞重量的能量。相反，使用氧化还原活性夹层不仅可以增加储能容量，还可以抑制穿梭效应。”

为了进一步研究氧化还原活性阻挡层，团队使用Argonne advanced photon source的17-BM光束线进行实验。具有这一层的细胞暴露在X射线束下。通过收集的数据，研究人员可以确定这种夹层的优势。

数据表明，氧化还原活性阻挡层可以抑制穿梭效应，减少电池中的有害反应，增加电池的容量，使其可以容纳更多的电荷，具有更长的循环时间。美国物理学会光束线研究员徐说:“这些结果表明，氧化还原活性屏障将对锂硫电池的发展产生巨大影响。”

展望未来，该团队希望评估氧化还原活性屏障技术的增长潜力。徐说:“研究人员想让它更薄更轻。”