德國加拿大名校聯合研發新型鋰-硫電池取得重大進展

德國慕尼黑大學和加拿大滑鐵盧大學的研究人員，聯合研發新型鋰-硫電池取得重大進展。研究人員應用納米技術對鋰-硫電池技術進行重大改進，使用碳納米微粒構成多孔電極，使吸附硫的能力大大增強，電池達到最高的性能，未來有望替代目前的鋰離子電池。
   
    鋰-硫電池兩個電極由鋰電極和硫-碳電極構成，在兩個電極之間進行鋰離子交換，硫材料在這個系統中起重要作用。理想情況下每個硫原子可以接受兩個鋰離子，由于硫的重量輕，是一種非常理想的儲能材料，同時硫本身不導電，因此在充放電過程中電子不易遷移流失。   
    此項研發成果的關鍵是，研發人員將硫材料制成了表面積盡可能大的能接受電子的電極材料，同時又將其與導電的基體材料對接。為此，科研人員用碳納米微粒制成一種多孔結構的支架，這種碳納米微粒多孔結構具有十分獨特的表面性能，其空隙率達到2.32立方厘米/克，比表面積達到2445平方米/克，也即在一小塊方糖大小的材料中具有與10個網球場相當的表面積。在孔徑只有3-6納米的孔隙中，硫原子可以非常均勻地分布，因此幾乎所有硫原子都有與鋰離子接觸并將鋰離子接受的可能，同時這些硫原子又與具有導電性的碳材料緊密相連，因此分布在這種多孔碳納米微粒中的硫材料具有了優良的電性能并且非常穩定，其儲存電能密度達到1200mAh/克，并且循環充放電性能良好。碳納米多孔結構還可以有效解決所謂“多硫化物”問題，“多硫化物”是電解過程的中間產物，對電池的充放電過程會產生嚴重影響，因為碳納米多孔結構可以吸附這種有害中間產物，待其轉化為無害的二鋰硫化物后釋放。