目前，鋰硫電池的使用越來(lái)越廣泛了，但是有時(shí)候它的循環(huán)穩(wěn)定性卻不盡如人意，科學(xué)家們通過(guò)對(duì)其電解液的成分開(kāi)展研究后終于找到了這個(gè)問(wèn)題的答案。
當(dāng)你最需要你的手機(jī)的時(shí)候，你擔(dān)心它不給力嗎?當(dāng)你駕駛電動(dòng)汽車(chē)時(shí)，出現(xiàn)汽車(chē)沒(méi)電的尷尬時(shí)，你怎么辦?對(duì)于這些問(wèn)題，輕便的鋰硫電池就可以回答你!它的儲(chǔ)能容量是超市貨架上電池的2倍以上，但經(jīng)常出現(xiàn)沒(méi)電，使用壽命不長(zhǎng)的情況。儲(chǔ)能研究聯(lián)合中心(JCESR)和西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問(wèn)題背后的原因之一。
他們發(fā)現(xiàn)，在電池內(nèi)的電解液中使用的鹽類(lèi)使很大的區(qū)別。當(dāng)一種被稱(chēng)為 LiTFSI(二(三氟甲基磺酰亞胺)鋰)的鹽被制成電池的電解液時(shí)，測(cè)試電池可以保持最大的充放電量運(yùn)行超過(guò)200次。在鋰硫電池當(dāng)中，LiTFSI 會(huì)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(lèi)似的電解液對(duì)鋰、硫原子的約束力更強(qiáng)，根本不釋放。其結(jié)果是電池性能迅速下降; 使用電池在運(yùn)行幾十次之后，就沒(méi)有能量了。
電動(dòng)汽車(chē)的擔(dān)憂之一就是長(zhǎng)時(shí)間在高速公路上駕駛的時(shí)候，司機(jī)不想被困在充電站之間。這種擔(dān)心使得消費(fèi)者決定購(gòu)買(mǎi)低排量汽車(chē)。這項(xiàng)研究的結(jié)果將另一個(gè)重要的因素添加到了高能鋰硫電池的設(shè)計(jì)指導(dǎo)當(dāng)中。
為了確定電解液對(duì)鋰硫電池的影響，研究團(tuán)隊(duì)利用LiTFSI 和LiFSI做相關(guān)實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)室里的設(shè)備不斷地測(cè)試電池充放電的能量，最后對(duì)電極做了調(diào)查分析。
他們發(fā)現(xiàn)用LiTFSI做電解液的鋰硫電池當(dāng)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(shí), 則形成硫酸鋰(LiSOx)。通過(guò)計(jì)算兩種鋰的化合物的結(jié)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(kāi)的，因此硫酸鋰當(dāng)中的氧元素是罪魁禍?zhǔn)住?/p>
"通過(guò)將宏觀的成分分析與模擬相結(jié)合，我們可以看到哪些鍵容易破碎，如果化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，會(huì)發(fā)生什么。" 正在國(guó)家實(shí)驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的Ji-Guang (Jason) Zhang博士說(shuō)到，"這個(gè)過(guò)程讓我們識(shí)別電解質(zhì)的行為，引導(dǎo)我們?cè)O(shè)計(jì)更好的電解質(zhì)，提高鋰硫電池的循環(huán)壽命。”
對(duì)于研究者來(lái)說(shuō)，下一步就是研究電解質(zhì)添加劑，在鋰的陽(yáng)極表面形成保護(hù)層，免受電解液的腐蝕作用。
