【希望之聲2023年9月11日】（本台記者啟術綜合編譯） 鋰硫電池比鋰離子電池具有優勢，但由於其壽命短，尚未佔據市場主導地位。美國能源部阿貢國家實驗室的科學家們最近通過觀察原子尺度的反應，發現了一條意想不到的製造更好鋰硫電池的途徑，有望開發出更可持續的高性能電池技術。
與目前被廣泛運用的鋰離子電池相比，鋰硫電池具有三個顯着優勢：首先，它們可以在給定體積內存儲兩到三倍的能量，從而使車輛行駛里程更長；其次，由於硫的豐富性和可承受性，它們的成本較低，這使得它們在經濟上可行；最後，這些電池不依賴鈷和鎳等關鍵稀缺資源，這些資源在未來可能面臨短缺。
儘管鋰硫電池比現有車輛中使用的鋰離子電池具有顯着的優勢，但從實驗室成功到商業可行性的轉變已被證明是難以實現的。雖然該電池在實驗室中已顯示出有希望的結果，但當擴大到商業規模時，其性能會隨着反覆充電和放電而迅速下降。雖然經過多年的努力開發，它仍沒在市場上取得實質性進展。
據分析，這種性能下降的根本原因在於放電過程中硫從正極溶解，導致形成可溶性多硫化鋰（Li2S6）。這些化合物在充電過程中流入鋰金屬負極（陽極），進一步加劇了這個問題。因此，陰極中硫的損失和陽極成分的改變顯着阻礙了電池在循環過程中的性能。
由於美國能源部阿貢國家實驗室科學家的努力，這種情況有望改變。在過去的十年中，他們取得了多項與鋰硫電池相關的關鍵發現。他們在《自然》雜誌上發表的最新成果揭示了一種以前未知的反應機制，解決了鋰硫電池壽命非常短這個主要缺點。
在最近的一項研究中，科學家開發了一種催化材料，當將其少量添加到硫陰極時，基本上消除了硫損失問題。雖然這種催化劑在實驗室和商業規模的電池中都顯示出前景，但其原子級工作機制迄今為止仍是個謎。而該團隊的最新研究揭示了這種機制，解釋了在沒有催化劑的情況下，多硫化鋰在正極表面形成並經歷一系列反應，最終將正極轉化為硫化鋰（Li2S）。
研究表明，如果沒有催化劑，陰極表面就不會形成緻密的多硫化鋰納米泡。這些多硫化鋰在放電過程中迅速擴散到整個陰極結構，並轉化為由納米級微晶組成的硫化鋰。該過程可防止商業尺寸電池的硫損失和性能下降。
阿貢化學科學與工程部門的化學家Gui-Liang Xu表示：“基於這個令人興奮的發現，我們將做礦石研究，以設計出更好的硫陰極。探索這種機制是否適用於其他下一代電池（例如鈉硫電池）也是非常有價值的。我們團隊的努力會使美國向更綠色、更可持續的交通環境邁進一大步。”
憑藉該團隊的最新突破，鋰硫電池的未來顯得更加光明，有望為交通運輸行業提供了更可持續、更環保的解決方案。
責任編輯：张莉莉
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