目前，鋰硫電池的使用越來越廣泛了，但是有時候它的循環(huán)穩(wěn)定性卻不盡如人意，科學家們通過對其電解液的成分開展研究后終于找到了這個問題的答案。
當你最需要你的手機的時候，你擔心它不給力嗎?當你駕駛電動汽車時，出現(xiàn)汽車沒電的尷尬時，你怎么辦?對于這些問題，輕便的鋰硫電池就可以回答你!它的儲能容量是超市貨架上電池的2倍以上，但經(jīng)常出現(xiàn)沒電，使用壽命不長的情況。儲能研究聯(lián)合中心(JCESR)和西北太平洋國家實驗室的科學家們發(fā)現(xiàn)了這個問題背后的原因之一。
他們發(fā)現(xiàn)，在電池內的電解液中使用的鹽類使很大的區(qū)別。當一種被稱為 LiTFSI(二(三氟甲基磺酰亞胺)鋰)的鹽被制成電池的電解液時，測試電池可以保持最大的充放電量運行超過200次。在鋰硫電池當中，LiTFSI 會在電極上約束鋰、硫原子，但很快釋放他們。與此相反的是，一種類似的電解液對鋰、硫原子的約束力更強，根本不釋放。其結果是電池性能迅速下降; 使用電池在運行幾十次之后，就沒有能量了。
電動汽車的擔憂之一就是長時間在高速公路上駕駛的時候，司機不想被困在充電站之間。這種擔心使得消費者決定購買低排量汽車。這項研究的結果將另一個重要的因素添加到了高能鋰硫電池的設計指導當中。
為了確定電解液對鋰硫電池的影響，研究團隊利用LiTFSI 和LiFSI做相關實驗，LiTFSI 和LiFSI是非常相似的兩種電解液，僅僅是LiFSI比LiTFSI含有更少的碳和氟。他們利用環(huán)境分子實驗室里的設備不斷地測試電池充放電的能量，最后對電極做了調查分析。
他們發(fā)現(xiàn)用LiTFSI做電解液的鋰硫電池當中，鋰原子被硫原子束縛，在電極表面形成硫化鋰(LiSx)。而用LiFSI做電解液時, 則形成硫酸鋰(LiSOx)。通過計算兩種鋰的化合物的結合緊密度,他們發(fā)現(xiàn)鋰硫化物容易破裂釋放鋰。然而,硫酸鋰是很難分開的，因此硫酸鋰當中的氧元素是罪魁禍首。
"通過將宏觀的成分分析與模擬相結合，我們可以看到哪些鍵容易破碎，如果化學鍵發(fā)生斷裂，會發(fā)生什么。" 正在國家實驗室領導這項研究的Ji-Guang (Jason) Zhang博士說到，"這個過程讓我們識別電解質的行為，引導我們設計更好的電解質，提高鋰硫電池的循環(huán)壽命。”
對于研究者來說，下一步就是研究電解質添加劑，在鋰的陽極表面形成保護層，免受電解液的腐蝕作用。
