阿贡开发氧化还原活性隔层 提高锂硫电池的性能-全球观察

在日常生活中，锂离子电池广泛应用于手机、智能手表和电动汽车等。自首次问世以来，锂离子电池已经取得了长足的进步，但也存在一些常见的缺点，如使用寿命短、过热和某些原材料短缺的问题。

（图片来源：阿贡实验室）

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据外媒报道，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（Argonne National Laboratory）的研究人员对电池结构中的新材料进行了测试，比如硫。硫储量丰富，具有成本效益，可以存储比传统离子电池更多的能量。

在一项新研究中，研究人员通过在电池内创建层体来提高储能容量，从而推进对硫基电池的研究，同时几乎消除了引起硫电池腐蚀的传统问题。

将含硫的正极与锂金属负极配对，是一种富有前景的电池设计。这些组件之间是电解质，即支持离子在电池两极之间传递的物质。早期的锂硫电池表现不佳，因为硫物种（多硫化物）会溶解在电解质中，导致电池腐蚀。多硫化物穿梭效应会对电池寿命产生不良影响，减少电池的可充电次数。

为了防止多硫化物穿梭，以前研究人员尝试在正负极之间设置氧化还原非活性隔层。这意味着材料不会像电极中的其他物质一样发生反应。然而，这种保护层重且密，不仅降低了电池的单位质量储能容量，而且无法充分避免穿梭效应。对锂硫电池的商业化来说，是一大障碍。

为了解决这一问题，研究人员开发并测试了一种多孔含硫隔层。实验室测试表明，在锂硫电芯中，与非活性隔层相比，这种活跃的隔层的初始容量大约高出三倍。更为重要的是，具有活性隔层的电芯经过700次充放电循环，仍能保持较高的容量。

阿贡研究人员Guiliang Xu表示：“以前，采用氧化还原非活性隔层的电芯实验，只能抑制穿梭效应。在这一过程中，层体的额外重量，牺牲了给定电芯重量能量。与之相反，使用氧化还原活性隔层，既可以增加储能容量，也能抑制穿梭效应。”

为了进一步研究氧化还原活性隔层，该团队利用阿贡先进光子源（APS）的17-BM光束线进行试验。将带有该层体的电芯暴露在X射线束下，通过所收集的数据，研究人员可以确定该隔层的优势。

数据显示，氧化还原活性隔层可以抑制穿梭效应，减少电池中发生的有害反应，并提高电池的容量，使其可以容纳更多的电荷，循环时间更长。APS的光束线研究人员Wenqian Xu表示：“这些结果表明，在锂硫电池的开发过程中，氧化还原活性隔层将产生巨大的影响。”

展望未来，该团队希望对氧化还原活性隔层技术的增长潜力进行评估。Xu表示：“研究人员想将其变得更薄、更轻。”