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RSS/FEED订阅美科学家发现了制造高性能电池的新途径
【希望之声2023年9月10日】（希望之声记者启术综合编译） 锂硫电池比锂离子电池具有优势，但由于其寿命短，尚未占据市场主导地位。美国能源部阿贡国家实验室的科学家们最近通过观察原子尺度的反应，发现了一条意想不到的制造更好锂硫电池的途径，有望开发出更可持续的高性能电池技术。
与目前被广泛运用的锂离子电池相比，锂硫电池具有三个显着优势：首先，它们可以在给定体积内存储两到三倍的能量，从而使车辆行驶里程更长；其次，由于硫的丰富性和可承受性，它们的成本较低，这使得它们在经济上可行；最后，这些电池不依赖钴和镍等关键稀缺资源，这些资源在未来可能面临短缺。
尽管锂硫电池比现有车辆中使用的锂离子电池具有显着的优势，但从实验室成功到商业可行性的转变已被证明是难以实现的。虽然该电池在实验室中已显示出有希望的结果，但当扩大到商业规模时，其性能会随着反复充电和放电而迅速下降。虽然经过多年的努力开发，它仍没在市场上取得实质性进展。
据分析，这种性能下降的根本原因在于放电过程中硫从正极溶解，导致形成可溶性多硫化锂（Li2S6）。这些化合物在充电过程中流入锂金属负极（阳极），进一步加剧了这个问题。因此，阴极中硫的损失和阳极成分的改变显着阻碍了电池在循环过程中的性能。
由于美国能源部阿贡国家实验室科学家的努力，这种情况有望改变。在过去的十年中，他们取得了多项与锂硫电池相关的关键发现。他们在《自然》杂志上发表的最新成果揭示了一种以前未知的反应机制，解决了锂硫电池寿命非常短这个主要缺点。
在最近的一项研究中，科学家开发了一种催化材料，当将其少量添加到硫阴极时，基本上消除了硫损失问题。虽然这种催化剂在实验室和商业规模的电池中都显示出前景，但其原子级工作机制迄今为止仍是个谜。而该团队的最新研究揭示了这种机制，解释了在没有催化剂的情况下，多硫化锂在正极表面形成并经历一系列反应，最终将正极转化为硫化锂（Li2S）。
研究表明，如果没有催化剂，阴极表面就不会形成致密的多硫化锂纳米泡。这些多硫化锂在放电过程中迅速扩散到整个阴极结构，并转化为由纳米级微晶组成的硫化锂。该过程可防止商业尺寸电池的硫损失和性能下降。
阿贡化学科学与工程部门的化学家Gui-Liang Xu表示：“基于这个令人兴奋的发现，我们将做矿石研究，以设计出更好的硫阴极。探索这种机制是否适用于其他下一代电池（例如钠硫电池）也是非常有价值的。我们团队的努力会使美国向更绿色、更可持续的交通环境迈进一大步。”
凭借该团队的最新突破，锂硫电池的未来显得更加光明，有望为交通运输行业提供了更可持续、更环保的解决方案。
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