中國儲能網(wǎng)訊：鋰硫電池與現(xiàn)在市場主流的鋰電池相比，有著許多明顯的優(yōu)勢，具有電池能量密度大、造價低的特點(diǎn)。然而，鋰硫電池的隨著充放電次數(shù)的增加其容量衰減情況相當(dāng)嚴(yán)重?，F(xiàn)在，斯坦福大學(xué)的YiCui教授發(fā)現(xiàn)了鋰硫電池陰極容量衰減的新機(jī)理，并著力于克服這種現(xiàn)象。
YiCui發(fā)現(xiàn)的新的容量衰減機(jī)理具體為：在放電過程中硫化鋰會從碳原子表面分離。為了解決這個問題，研究人員采用兩親性聚合物來優(yōu)化碳層表面。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，采用這類聚合物后，容量達(dá)到1180毫安時/克。在300次充放電循環(huán)后，其容量保持率在80%左右。
經(jīng)過優(yōu)化后的鋰硫電池陰極容量與充放電循環(huán)次數(shù)的關(guān)系圖
試驗(yàn)中的鋰硫電池陰極容量約為1673毫安時/克，整塊電池的容量為2600瓦時/千克，比傳統(tǒng)的采用金屬氧化物陰極以及石墨陽極的鋰離子電池高得多。
此外，該研究團(tuán)隊還采用了他們早前使用過的方法——人造一個納米纖維硫陰極將其安裝在2032型紐扣電池中作為對電極。電池用1.7伏電壓以0.2倍放電速率放電，并強(qiáng)制維持其放電速率在1.7伏，直到其放電電流小于5微安為止。過程中，研究人員利用透射電子顯微鏡（TEM）成像技術(shù)觀察到鋰硫原子沿著空心納米管收縮。
由于硫化鋰的密度低于硫，這意味著硫原子發(fā)生鋰化時會發(fā)生體積膨脹。從碳壁處分離的硫化鋰中多余的化合物沿著中空納米管排出。多余的Li2S會從碳基分離，造成能量損失。
為了研究所添加的兩親聚合物（有親水性/疏水性聚合物組成）在硫原子表面及空心碳納米纖維之間的性能變化，他們采用了聚乙烯基吡咯烷酮（polyvinylpyrrolidone，PVP），該材料具有簡單的分子結(jié)構(gòu)以及在消除疏水界面方面具有良好的熱力學(xué)驅(qū)動力。
實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過優(yōu)化后的中空碳纖維納米管/硫陰極表現(xiàn)出良好的儲容量。在0.2倍放電速率下，容量為1180毫安時，在0.5倍放電速率下，容量為920毫安時，在1倍放電速率下，容量為820毫安時，數(shù)據(jù)比較接近，也意味著新型材料的性能比較穩(wěn)定。
