近日，來自日本豐橋技術科技大學的研究人員利用簡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）復合材料。而基于硫-CNF復合材料的全固態(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，未來全固態(tài)鋰硫電池有望可以像電動汽車一樣用于大規(guī)模電池。
細 節(jié)
2019年的諾貝爾化學獎頒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汽車、智能手機等的電源。近年來，全固態(tài)鋰電池作為最先進的電池而受到青睞，這一趨勢可歸因于電動汽車和混合動力汽車的興起。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注，但是硫是一種絕緣體，限制了它們在電池裝置中的使用。因此，為了克服該問題，應為硫提供離子和電子傳導路徑。
來自日本豐橋技術科技大學的研究人員提出，利用靜電組裝技術，將碳納米纖維（CNF）與硫活性材料整合而成的陰極復合材料，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，使用電化學穩(wěn)定的Li2S-P2S5-LiI固體電解質和液相工藝生產(chǎn)的硫-CNF復合材料，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
在靜電吸附技術中，利用聚電解質改變顆粒表面電荷，促進靜電相互作用，從而對較小的顆粒和較大的母顆粒進行靜電吸附。雖然已經(jīng)有許多不同的陶瓷復合材料采用靜電吸附技術進行設計，但硫的表面電荷很難調節(jié)。但是研究人員能夠利用化學反應進行電荷調節(jié)，其中S和Na2S通過在離子交換水中反應形成水溶性Na2S3。因此，這項研究能夠利用靜電吸附的基本原理實現(xiàn)一種新穎的化學過程。
未來展望
液相工藝是用于制備碳硫復合材料的一種相對簡單且低成本的技術，因此適用于大規(guī)模生產(chǎn)。通過這種技術，可以將利用硫活性材料的全固態(tài)鋰硫電池投入實際使用。此外，電動汽車以及用于商業(yè)和家庭用途的大型電源電池的能量密度有望成倍提高。這項研究由日本科學技術署的創(chuàng)新型下一代電池高級低碳技術特別推廣研究計劃資助。（來源：中科院碳纖維及其復合材料實驗室 / 邢岫煙）
