當(dāng)你最要你的手機(jī)的時候，你擔(dān)心它不給力嗎?當(dāng)你駕駛電動汽車時，出現(xiàn)汽車沒電的尷尬時，你怎么辦?有關(guān)這些問題，輕便的鋰硫電池就可以回答你!它的儲能容量是超市貨架上電池的2倍以上，但常常出現(xiàn)沒電，使用壽命不長的情況。儲能研究聯(lián)合中心(JCESR)和西北太平洋國家試驗(yàn)室的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了這個問題背后的原由之一。

他們發(fā)現(xiàn)，在電池內(nèi)的電解液中使用的鹽類使很大的差別。當(dāng)一種被稱為LiTFSI(二(三氟甲基磺酰亞胺)鋰)的鹽被制成電池的電解液時，探測電池可以保持最大的充放電量運(yùn)行超過200次。在鋰硫電池當(dāng)中，LiTFSI會在電極上約束鋰、硫原子，但很快釋放他們。與此相反的是，一種類似的電解液對鋰、硫原子的約束力更強(qiáng)，根本不釋放。其結(jié)果是電池性能迅速下降;使用電池在運(yùn)行幾十次之后，就沒有能量了。

電動汽車的擔(dān)憂之一就是長時間在高速公路上駕駛的時候，司機(jī)不想被困在充電站之間。這種擔(dān)心使得消費(fèi)者決定購買低排量汽車。這項(xiàng)研究的結(jié)果將另一個緊要的因素添加到了高能鋰硫電池的設(shè)計指揮當(dāng)中。

為了確定電解液對鋰硫電池的影響，研究團(tuán)隊(duì)利用LiTFSI和LiFSI做相關(guān)試驗(yàn)，LiTFSI和LiFSI是非常相近的兩種電解液，僅僅是LiFSI比LiTFSI含有更少的碳和氟。他們利用環(huán)境分子試驗(yàn)室里的設(shè)備不斷地探測電池充放電的能量，最后對電極做了調(diào)查分解。

他們發(fā)現(xiàn)用LiTFSI做電解液的鋰硫電池當(dāng)中，鋰原子被硫原子束縛，在電極表面形成硫化鋰(LiSx)。而用LiFSI做電解液時,則形成硫酸鋰(LiSOx)。通過計算兩種鋰的化合物的結(jié)合緊密度,他們發(fā)現(xiàn)鋰硫化物容易破碎釋放鋰。然而,硫酸鋰是很難分開的，因此硫酸鋰當(dāng)中的氧元素是罪魁禍?zhǔn)住?/p>

"通過將宏觀的成分分解與模擬相結(jié)合，我們可以看到什么鍵容易破裂，倘若化學(xué)鍵發(fā)生斷裂，會發(fā)生什么。"正在國家試驗(yàn)室領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的Ji-Guang(Jason)Zhang博士說到，"這個過程讓我們識別電解質(zhì)的行為，引導(dǎo)我們設(shè)計更好的電解質(zhì)，提高鋰硫電池的循環(huán)壽命。有關(guān)研究者來說，下一步就是研究電解質(zhì)添加劑，在鋰的陽極表面形成保護(hù)層，免受電解液的腐蝕用途。