【儀表網 研發快訊】隨著科學探索逐漸步入地核與深空等難以充電的未知領域，高能量密度一次電池再次成為科學家關注的重點。在目前所有的電對中，鋰硫電池具有2600 Wh/kg的極高理論能量密度，是頗具潛力的一次電池體系之一。然而，鋰硫一次電池面臨著兩個挑戰，尚未實現實用化。一是低于預期的實際能量密度：過多用于促進硫轉化的非活性物質(電解液與導電碳)的加入，增大了體系質量負擔；緩慢的固體-液體-固體轉化降低了容量利用率。二是差強人意的儲能性能：單質硫不斷從正極溶解，并通過濃度梯度擴散到負極對金屬鋰腐蝕產成Li2Sx（S8sol + Li → Li2Sx），導致正負極的容量在儲存過程中不斷損失。這些本質上相互關聯的問題發生在整個電池體系中(正極側、電解液側和負極側)，因此傳統的局部優化方式如添加正極催化劑或強化負極SEI往往不能兼顧實際能量密度與儲存性能的需求。鑒于電解液在整個電池系統中的橋梁作用，科學家從電解液入手，逐步解決上述兩大困難成為切入點。
鋰硫電池的過大質量主要來源于電解液，如何在不影響性能的前提下降低電解液質量成為提高能量密度的重中之重。為此，傳統解決方法為降低電解液體積。然而，多孔正極和硫的固-液-固轉換機制對電解液的量有本質的要求。無限制地減少電解液體積會造成正極浸潤不足，損害容量釋放，最終適得其反。相反，質量公式m = ρ × V表明，當降低電解液體積趨近邊際效應時，降低密度能夠進一步有效降低電解液質量。
中國科學院物理研究所/北京凝聚態物理國家研究中心懷柔研究部、北京清潔能源前沿研究中心研究員索鎏敏課題組，聯合北京科技大學毛慧燦課題組，針對鋰硫一次電池實用化的兩個挑戰，提出了具有封裝溶劑化結構的超輕電解液策略。研究通過針對性地引入鏈狀單氧甲基叔丁基醚來構建超輕電解液，使電解液質量降低了23.1%，更使容量利用率提高了38.1%。此外，結合引入氟化石墨(CFx)的復合硫基正極策略，體系的能量密度得到進一步提升。在為期31天的靜置實驗中，S-CFx || UE || Li體系展現出優異的存儲性能。在軟包級別的評估中，該體系組裝的300 mAh級電池實現了661 Wh/kg的突破性能量密度以及低自放電率。
相關研究成果以Ultralight Electrolyte with Protective Encapsulation Solvation Structure Enables Hybrid Sulfur-Based Primary Batteries Exceeding 660 Wh/kg為題，發表在《美國化學會志》(JACS)上。研究工作得到中國科學院青年人才計劃以及“懷柔科學城”清潔能源材料測試診斷與研發平臺的支持。
所有評論僅代表網友意見，與本站立場無關。