盖世汽车讯 与目前用于汽车的锂离子电池相比，锂硫电池具有明显的优势。但是经过多年的发展，这种电池仍难以产生实质的市场影响力。美国能源部阿贡国家实验室（Argonne National Laboratory）的研究人员致力于改变这种情况，并在过去十年获得多项与锂硫电池相关的重要发现。据外媒报道，最近，阿贡实验室取得新的突破，揭示了一种以前未知的反应机制，可以解决锂硫电池寿命短的问题。

（图片来源：阿贡实验室）

阿贡化学科学与工程部门的化学家Gui-Liang Xu表示：“这项工作有助于实现更加可持续和环境友好的交通愿景。”

与锂离子电池相比，锂硫电池具有三个明显的优势，包括每单位体积可以存储两到三倍的能量，从而使车辆实现更长的续航里程；由于硫的储量丰富且成本较低，更具有经济可行性；并且不需要依赖钴和镍等关键稀缺资源。但是，当扩大规模用于商业用途时，其性能会随着反复的充放电循环而迅速退化。其中根本原因在于放电过程中硫会从阴极溶解，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阳极，从而影响电池的循环性能。

在以前的研究中，阿贡实验室的研究人员开发了一种催化材料，将其少量添加到硫阴极，可以有效解决硫损失问题。这种催化剂有望用于实验室和商业规模电池，但其原子尺度工作机制迄今仍是个谜。

最近，该团队的最新研究阐明了这一机制。在没有催化剂的情况下，阴极表面会形成多硫化锂并经历一系列反应，最终将阴极转化为硫化锂（Li2S）。Xu表示：“但是，阴极中存在少量催化剂的话，会产生截然不同的反应途径，而且没有中间反应步骤。”

关键在于在阴极表面会形成致密的多硫化锂纳米级气泡。如果不加入催化剂，这些气泡就不会出现。在放电过程中，这些多硫化锂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。在商业规模电池中，该过程可以防止发生硫损失和性能下降。

为了解开其中的反应机制，研究人员采用尖端的表征技术，即利用高级光子源（Advanced Photon Source）20-BM光束线的强同步加速器X射线束，分析催化剂的结构。结果发现，催化剂起着关键作用，有助于在充电时形成最终产物以及中间产物。如果使用催化剂，在完全放电时会形成纳米晶硫化锂，如果没有催化剂，则会形成微米级棒状结构。

受益于厦门大学开发的另一项关键技术，该团队在测试运行电池时，可以从纳米尺度上观察电极-电解质界面。这项新技术有助于将纳米级变化与工作电芯的行为联系起来。

这一最新突破有望推动锂硫电池的发展，为交通运输行业提供更可持续、更环保的解决方案。Xu表示：“基于这一发现，研究人员将进行深入研究，以设计更好的硫阴极。另外，还要探索这种机制是否适用于其他下一代电池，例如钠硫电池。”