目前，鋰離子電池應用于手機、電動汽車等各個領域。但鋰離子電池也存在壽命短、易過熱、原料供應難等缺點。作為一個替代選擇，鋰硫(Li-S)電池具有更高的理論能量密度，而且它的原料硫含量豐富，價格低廉，因此全球各大國家都在積極開發這種新型電池。

近期，美國能源部(DOE)阿貢國家實驗室的一個研究團隊將具有氧化還原活性中間層引入到鋰硫電池中，顯著提高了該電池的能量密度和循環壽命——在此之前，這一點一直是鋰硫電池商業化的挑戰。

圖片顯示了鋰硫電池經過 500 次充放電循環后多孔含硫夾層的微觀結構和元素分布（硅、氧和硫）。（圖片由 Guiliang Xu/Argonne 國家實驗室提供）

相關研究細節

據悉，Li-S電池的通常結構是含硫正極-有機電解質-鋰金屬負極。電池反應過程中，正極的反應中間體多硫化物會溶解于電解液并向負極移動，這種多硫化物穿梭效應會對電池壽命產生負面影響，并降低電池的充電次數，使電池壽命縮短。

為了防止多硫化物的穿梭效應，先前的研究試圖在正極和負極之間放置氧化還原惰性保護夾層（該材料不發生反應）。然而，保護夾層非常致密，不僅重量大，降低了電池單位重量的儲能容量，而且它也不能充分抑制穿梭效應，成為了限制Li-S電池實際應用的障礙。

而阿貢國家實驗室的研究團隊則開發了一種具有氧化還原活性的多孔含硫夾層，并將其引入鋰硫電池中。數據證實，氧化還原活性中間層可以減少穿梭，減少電池內的有害反應，并增加電池容量以容納更多電荷并持續更多循環——最直觀的數據就是，該電池的初始容量是帶有惰性夾層的電池的三倍左右，并且在700次充放電循環后仍保持其初始容量的64%。

未來，研究團隊希望通過進一步開發具有氧化還原活性的中間層技術，使中間層更薄、更輕，并推動實際應用，從而提升Li-S電池的性能。

粉體圈Coco編譯

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