下一代鋰硫電池解決硫流失問題

韓國電工技術研究院(KERI)關于“低成本和柔性高能量密度鋰硫電池”的研究成果近日發表在《Small》雜志的封面上。與使用鎳、鈷和其他昂貴的稀土元素作為正極材料的現有鋰離子電池(LIB)不同，鋰硫電池使用硫這一最豐富的元素，有助于顯著降低其制造成本。鋰硫電池被認為是下一代電池的有希望的候選者，因為它理論上可以表現出比LIB高約5倍的比能量密度。

然而，鋰硫電池的商業化還有幾個挑戰需要克服。當鋰在充放電過程中遇到硫時，就會產生所謂的“多硫化鋰”作為中間產物。由于其高溶解度，導致溶解的多硫化鋰發生穿梭現象，導致正極材料在反復充放電時損失。也就是說，它意味著硫在繼續溶解在電解液中時的損失。因此，多硫化物穿梭被認為是鋰硫電池商業化的最大障礙，因為這個問題直接關系到電池的壽命和安全性退化。

在這方面，KERI應用了活性炭和磷(P)。具有微孔的活性炭纖維由于其高吸收性而廣泛用于各種類型的過濾器和漂白劑。研究小組將活性炭用作隔膜的涂層材料，以捕獲在充電/放電循環期間物理產生的多硫化鋰。此外，研究小組將高吸收性P應用于碳材料進行化學捕獲。這種多峰捕獲方法有助于防止鋰硫電池由于多硫化鋰的穿梭效應而導致性能下降。

此外，研究小組通過增強其靈活性成功地提高了鋰硫電池的可用性。該團隊將具有高導電性、強度和柔韌性的碳納米管材料應用于硫陰極，以消除重集電器(以增加能量密度)，同時通過彎曲性能確保耐用性。

KERI通過上述工藝開發的鋰硫電池被認為具有400Wh/kg的世界最高能量密度。鋰硫電池的商業化機會很高，因為它結合了高能量密度、性能安全(壽命)、靈活性(持續時間)以及輕量化和低成本等現有優勢。具體而言，預計鋰硫電池將主要用于未來航空移動領域，包括航天、飛行汽車、無人機等需要輕量化和長續航的領域。

“鋰硫電池是稀土元素和韓國等資源稀缺國家的一項重要技術，因為它使用豐富且廉價的硫和碳材料，”領導KERI研究團隊的Jun-WooPark博士說。他還表示，“我們計劃將這一研究成果與科日研發并擁有的‘大規模合成固體電解質’技術相結合，以確保下一代固態鋰硫電池的原始技術。”