下一代锂硫电池解决硫流失问题

韩国电工技术研究院(KERI)关于“低成本和柔性高能量密度锂硫电池”的研究成果近日发表在《Small》杂志的封面上。与使用镍、钴和其他昂贵的稀土元素作为正极材料的现有锂离子电池(LIB)不同，锂硫电池使用硫这一最丰富的元素，有助于显着降低其制造成本。锂硫电池被认为是下一代电池的有希望的候选者，因为它理论上可以表现出比LIB高约5倍的比能量密度。

然而，锂硫电池的商业化还有几个挑战需要克服。当锂在充放电过程中遇到硫时，就会产生所谓的“多硫化锂”作为中间产物。由于其高溶解度，导致溶解的多硫化锂发生穿梭现象，导致正极材料在反复充放电时损失。也就是说，它意味着硫在继续溶解在电解液中时的损失。因此，多硫化物穿梭被认为是锂硫电池商业化的最大障碍，因为这个问题直接关系到电池的寿命和安全性退化。

在这方面，KERI应用了活性炭和磷(P)。具有微孔的活性炭纤维由于其高吸收性而广泛用于各种类型的过滤器和漂白剂。研究小组将活性炭用作隔膜的涂层材料，以捕获在充电/放电循环期间物理产生的多硫化锂。此外，研究小组将高吸收性P应用于碳材料进行化学捕获。这种多峰捕获方法有助于防止锂硫电池由于多硫化锂的穿梭效应而导致性能下降。

此外，研究小组通过增强其灵活性成功地提高了锂硫电池的可用性。该团队将具有高导电性、强度和柔韧性的碳纳米管材料应用于硫阴极，以消除重集电器(以增加能量密度)，同时通过弯曲性能确保耐用性。

KERI通过上述工艺开发的锂硫电池被认为具有400Wh/kg的世界最高能量密度。锂硫电池的商业化机会很高，因为它结合了高能量密度、性能安全(寿命)、灵活性(持续时间)以及轻量化和低成本等现有优势。具体而言，预计锂硫电池将主要用于未来航空移动领域，包括航天、飞行汽车、无人机等需要轻量化和长续航的领域。

“锂硫电池是稀土元素和韩国等资源稀缺国家的一项重要技术，因为它使用丰富且廉价的硫和碳材料，”领导KERI研究团队的Jun-WooPark博士说。他还表示，“我们计划将这一研究成果与科日研发并拥有的‘大规模合成固体电解质’技术相结合，以确保下一代固态锂硫电池的原始技术。”