瑞典查尔姆斯理工大学的研究人员最近开发了一种有希望的锂硫电池突破，使用阴极电解质和石墨烯海绵。这种电池的理论能量密度可以是锂离子电池的五倍以上。

锂硫电池的结构

研究人员的方法依赖于由减少的氧化石墨烯制成的多孔海绵状气凝胶，其作为电池中的独立电极并且允许更好和更高的硫利用率。

传统电池由四部分组成。首先，有两个涂有活性物质的支撑电极，它们被称为阳极和阴极。在它们之间是电解质，通常是液体，允许离子来回转移。第四组分是隔板，其用作物理屏障，防止两个电极之间的接触，同时仍允许离子的转移。

研究人员之前曾尝试将阴极和电解质合并为一种液体，即所谓的“阴极电解液”。这个概念可以帮助减轻电池的重量，并提供更快的充电和更好的电源能力。现在，随着石墨烯气凝胶的发展，这个概念已经证明是可行的，提供了一些非常有希望的结果。

采用标准纽扣电池盒，研究人员首先插入一层薄薄的多孔石墨烯气凝胶。“你拿气凝胶，这是一个很长的圆柱体，然后你把它切成薄片 - 几乎就像一个萨拉米香肠。你拿着那片切片，压缩它，以适应电池，”查尔莫斯物理系的Carmen Cavallo说。 ，研究的首席研究员。然后，将富含硫的溶液 - 阴极电解液 - 添加到电池中。高度多孔的气凝胶充当支撑物，像海绵一样吸收溶液。

“石墨烯气凝胶的多孔结构是关键。它吸收了大量的阴极电解液，为您提供足够高的硫负荷，使阴极电解液的概念变得有价值。这种半液体阴极电解液在这里非常重要。它允许硫磺来回循环而没有任何损失。它不会因溶解而丢失 - 因为它已经溶解在阴极液中，“Carmen Cavallo说。

一些阴极电解质溶液也应用于隔板，以使其发挥其电解质作用。这也最大化了电池的硫含量。

虽然锂硫电池具有多种优势，包括更高的能量密度，但目前市场上最好的锂离子电池的工作压力约为每小时300瓦时，理论最大值约为350.锂硫电池的理论能量密度为每公斤1000-1500瓦时。

“此外，硫磺价格便宜，高度丰富，环境友好。锂硫电池还具有不需要含有任何对环境有害的氟的优点，这在锂离子电池中很常见，”Chalmers教授Aleksandar Matic说。物理系，负责该论文背后的研究小组。

到目前为止，锂硫电池的问题一直是它们的不稳定性，并因此导致低循环寿命。当前版本快速退化并且寿命有限且循环次数不切实际。但在测试他们的新原型时，Chalmers研究人员证明在350次循环后容量保持率为85％。

新设计避免了锂硫电池劣化的两个主要问题 - 一个是硫溶解到电解质中并且丢失，另一个是'穿梭效应'，其中硫分子从阴极迁移到阳极。在这种设计中，可以大大减少这些不希望的问题。

然而，研究人员表示，在技术能够实现全部市场潜力之前，还有很长的路要走。“由于这些电池是以大多数普通电池的替代方式生产的，因此需要开发新的制造工艺以使其具有商业可行性，”Aleksandar Matic说。

投资包括购买单色和双像差校正（CETCOR图像和ASCOR探头Cs校正器）TEM JEOLARM（200 kV）40-200，配备场发射枪（FEG）。这是第一篇使用这种全新显微镜发表的论文，用于研究气凝胶的结构。