韓國(guó)科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)二氧化硅可用于鋰硫電池
在過(guò)去的幾十年里，移動(dòng)技術(shù)、可穿戴電子產(chǎn)品和各種便攜式設(shè)備的使用量急劇增加，促使全世界的科學(xué)家們尋求可充電電池的下一個(gè)突破。鋰硫電池（LSBs）是由浸沒(méi)在液態(tài)電解液中的硫基正極和鋰陽(yáng)極組成的，因其成本低、無(wú)毒且富含硫的特性，有望取代無(wú)處不在的鋰離子電池。
然而，鑒于如下兩個(gè)原因，在電池中使用硫是存在一定挑戰(zhàn)的的。首先，在 "放電 "循環(huán)過(guò)程中，可溶性鋰多硫化物（LiPS）在正極形成，擴(kuò)散到電解液中，很容易到達(dá)陽(yáng)極，在那里它們會(huì)逐漸降低電池的容量。其次，硫是不導(dǎo)電的。因此，需要一種導(dǎo)電、多孔的主體材料來(lái)容納硫，同時(shí)在陰極捕獲LiPS。近來(lái)，由于碳基主體結(jié)構(gòu)具有導(dǎo)電性，因此人們對(duì)碳基主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了探索。然而，碳基主體不能捕集LiPS。
在最近發(fā)表在《Advanced Energy Materials》雜志上的一項(xiàng)研究中，來(lái)自大邱慶北科學(xué)技術(shù)研究所的科學(xué)家們提出了一種名為 "板狀有序介孔二氧化硅(pOMS) "的新型主體結(jié)構(gòu)。他們選擇的不尋常之處在于，二氧化硅這種低成本的金屬氧化物實(shí)際上是不導(dǎo)電的。然而，二氧化硅具有很強(qiáng)的極性，會(huì)吸引其他極性分子，如LiPS等。
在向pOMS結(jié)構(gòu)施加導(dǎo)電碳基劑后，結(jié)構(gòu)孔隙中的初始固體硫會(huì)溶解到電解液中，然后從那里擴(kuò)散到導(dǎo)電碳基劑中，被還原生成LiPS。在這種方式下，盡管二氧化硅不導(dǎo)電，但硫有效地參與了必要的電化學(xué)反應(yīng)。同時(shí)，pOMS的極性保證了LiPS保持在靠近陰極而遠(yuǎn)離陽(yáng)極的位置。
科學(xué)家們還構(gòu)建了一個(gè)類(lèi)似的非極性、高導(dǎo)電性的傳統(tǒng)多孔碳母體結(jié)構(gòu)，與pOMS結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的Jong-Sung Yu教授表示："采用碳母體的電池表現(xiàn)出很高的初始容量，但由于非極性碳和LiPS之間的微弱相互作用，容量很快就會(huì)下降。在連續(xù)循環(huán)過(guò)程中，二氧化硅結(jié)構(gòu)顯然保留了更多的硫；這導(dǎo)致了高達(dá)2000次循環(huán)的容量保持和穩(wěn)定性大大提高。"
從這項(xiàng)研究中得到的最重要的啟示是，LSB的主體結(jié)構(gòu)不需要像以前認(rèn)為的那樣具有導(dǎo)電性。Yu教授說(shuō)："我們的研究結(jié)果令人驚訝，因?yàn)闆](méi)有人想到非導(dǎo)電的二氧化硅可以成為一種高效的硫主體，甚至超過(guò)了最先進(jìn)的碳主體。" 這項(xiàng)研究拓寬了LSB的主體材料的選擇范圍，并可能導(dǎo)致下一代硫電池的范式轉(zhuǎn)變。
論文標(biāo)題為《Revisiting the Role of Conductivity and Polarity of Host Materials for LongLife Lithium–Sulfur Battery》。