美国留学

研究人员更接近实现锂硫固态电池的一步。由加州大学圣地亚哥分校工程师领导的研究小组为固态锂硫电池开发了一种新型的阴极材料，该材料是导电性且在结构上可治愈的，这是克服了这些电池当前阴极限制的特征。该研究结果最近发表在《 《自然》杂志上。

固体锂硫电池是可充电电池，由固体电解质，锂金属阳极和硫阴极组成。该电池具有更高的能量密度和较低的成本的优势，并且预计目前将成为锂离子电池的理想选择。与传统的锂离子电池相比，它们可以每公斤储存两倍的能量，换句话说，它们可以使电动汽车的范围增加一倍，而不会增加电池组的重量。此外，由于广泛且易于访问的材料，它们不仅在经济上可行，而且更环保。

然而，从历史上看，锂硫固态电池的发展受到硫磺阴极的固有特征的困扰。硫不仅是不良的电子导体，而且硫阴极在充电和排放过程中还会经历明显的膨胀和收缩，从而导致结构性损害并减少与固体电解质的接触。这些问题共同削弱了阴极运输费用和影响固态电池的整体性能和使用寿命的能力。

为了克服这些挑战，圣地亚哥分校可持续电力和能源中心的研究人员领导的团队开发了一种新的阴极材料：由硫和碘制成的水晶。通过将碘分子添加到晶体硫结构中，研究人员将阴极材料的电导率*提高了11个数量级，其电导率比纯硫晶体的电导率高100亿倍。

阴极材料从棕色粉末融化成深紫色的红色液体以愈合。图片来源：David Baillot/UC圣地亚哥雅各布斯工程学院

\'我们对发现这种新材料的发现感到非常兴奋，该研究的共同培训兼加州大学圣地亚哥大学纳米工程教授兼纳米工程教授，可持续电力与能源中心主任。硫的电导率的实质性改善令人惊讶，并且在科学上非常有趣。 \'

此外，新的结晶材料的熔点很低，仅在65摄氏度（149华氏度）下，甚至比一杯热咖啡低。这意味着在电池充电后可以轻松地重新启动阴极以修复因周期损坏的接口。这是解决重复充电和放电期间阴极和电解质之间固体界面的累积损伤的重要特征。

\'这种硫- 碘阴极提出了一个独特的概念，可以解决锂电池商业化的一些主要障碍。碘只是将结合硫分子结合在一起的分子间键，从而将其熔点降低到“金锁区” - 既高于室温，又高于室温，并且足够低，以至于可以通过熔化定期修复阴极。 \'

\'我们新的阴极材料的低熔点使修复界面成为可能，这些电池长期以来一直在寻求。 \'这种新材料是对将来的高能密度固态电池的有利解决方案\'。

为了验证新型阴极材料的有效性，研究人员构建了一个测试电池并进行了重复的电荷和放电周期。电池在400多个周期中保持稳定，同时保留了其容量的87。

``这一发现有可能通过显着延长电池的使用寿命来解决固态锂硫电池的出现最大的挑战之一。电池可以通过简单地提高温度来实现自我修复，从而*扩大电池的总生命周期，并为在现实世界中应用固态电池的潜在路径开辟了道路。 \'

该团队致力于通过改进电池工程设计和扩展电池规格来进一步促进固态锂硫电池技术的开发。

\'虽然仍然需要做很多工作来实现可行的固态电池，但我们的工作是重要的一步。” \'我们的圣地亚哥分校团队与国家实验室，学术界和行业的研究伙伴之间的合作使这项工作成为可能。 \'

从/scitechdaily编译