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(xué)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(dāng)你最需要你的手機(jī)的時候，你擔(dān)心它不給力嗎？當(dāng)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(xué)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(nèi)的電解液中使用的鹽類使很大的區(qū)別。當(dāng)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(dāng)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(qiáng)，根本不釋放。其結(jié)果是電池性能迅速下降； 使用電池在運行幾十次之后，就沒有能量了。
電動汽車的擔(dān)憂之一就是長時間在高速公路上駕駛的時候，司機(jī)不想被困在充電站之間。這種擔(dān)心使得消費者決定購買低排量汽車。這項研究的結(jié)果將另一個重要的因素添加到了高能鋰硫電池的設(shè)計指導(dǎo)當(dāng)中。
為了確定電解液對鋰硫電池的影響，研究團(tuán)隊利用LiTFSI 和LiFSI做相關(guān)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(shè)備不斷地測試電池充放電的能量，最后對電極做了調(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， 則形成硫酸鋰（LiSOx）。通過計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，硫酸鋰是很難分開的，因此硫酸鋰當(dāng)中的氧元素是罪魁禍?zhǔn)住?br />
“通過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，會發(fā)生什么。” 正在國家實驗室領(lǐng)導(dǎo)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(zhì)的行為，引導(dǎo)我們設(shè)計更好的電解質(zhì)，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(zhì)添加劑，在鋰的陽極表面形成保護(hù)層，免受電解液的腐蝕作用。
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