近日，來(lái)自日本豐橋技術(shù)科技大學(xué)的研究人員利用簡(jiǎn)單且低成本的液相工藝成功地制備了活性硫材料和碳納米纖維（CNF）復(fù)合材料。而基于硫-CNF復(fù)合材料的全固態(tài)鋰硫電池與鋰離子二次電池相比，具有更高的循環(huán)穩(wěn)定性和更高的放電容量。因此，未來(lái)全固態(tài)鋰硫電池有望可以像電動(dòng)汽車一樣用于大規(guī)模電池。
細(xì) 節(jié)
2019年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C給了鋰離子二次電池，目前鋰離子二次電池已被廣泛用作電動(dòng)汽車、智能手機(jī)等的電源。近年來(lái)，全固態(tài)鋰電池作為最先進(jìn)的電池而受到青睞，這一趨勢(shì)可歸因于電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車的興起。這些電池因能量密度是傳統(tǒng)鋰離子二次電池的五倍而備受關(guān)注，但是硫是一種絕緣體，限制了它們?cè)陔姵匮b置中的使用。因此，為了克服該問(wèn)題，應(yīng)為硫提供離子和電子傳導(dǎo)路徑。
來(lái)自日本豐橋技術(shù)科技大學(xué)的研究人員提出，利用靜電組裝技術(shù)，將碳納米纖維（CNF）與硫活性材料整合而成的陰極復(fù)合材料，該方法可以將材料均勻地整合到溶液中。全固態(tài)鋰硫電池，使用電化學(xué)穩(wěn)定的Li2S-P2S5-LiI固體電解質(zhì)和液相工藝生產(chǎn)的硫-CNF復(fù)合材料，顯示出與硫的理論容量相同的高放電容量，連續(xù)放電后保持高容量充放電循環(huán)。
發(fā)展背景
在靜電吸附技術(shù)中，利用聚電解質(zhì)改變顆粒表面電荷，促進(jìn)靜電相互作用，從而對(duì)較小的顆粒和較大的母顆粒進(jìn)行靜電吸附。雖然已經(jīng)有許多不同的陶瓷復(fù)合材料采用靜電吸附技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，但硫的表面電荷很難調(diào)節(jié)。但是研究人員能夠利用化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行電荷調(diào)節(jié)，其中S和Na2S通過(guò)在離子交換水中反應(yīng)形成水溶性Na2S3。因此，這項(xiàng)研究能夠利用靜電吸附的基本原理實(shí)現(xiàn)一種新穎的化學(xué)過(guò)程。
未來(lái)展望
液相工藝是用于制備碳硫復(fù)合材料的一種相對(duì)簡(jiǎn)單且低成本的技術(shù)，因此適用于大規(guī)模生產(chǎn)。通過(guò)這種技術(shù)，可以將利用硫活性材料的全固態(tài)鋰硫電池投入實(shí)際使用。此外，電動(dòng)汽車以及用于商業(yè)和家庭用途的大型電源電池的能量密度有望成倍提高。這項(xiàng)研究由日本科學(xué)技術(shù)署的創(chuàng)新型下一代電池高級(jí)低碳技術(shù)特別推廣研究計(jì)劃資助。（來(lái)源：中科院碳纖維及其復(fù)合材料實(shí)驗(yàn)室 / 邢岫煙）
