目前，锂离子电池应用于手机、电动汽车等各个领域。但锂离子电池也存在寿命短、易过热、原料供应难等缺点。作为一个替代选择，锂硫(Li-S)电池具有更高的理论能量密度，而且它的原料硫含量丰富，价格低廉，因此全球各大国家都在积极开发这种新型电池。

近期，美国能源部(DOE)阿贡国家实验室的一个研究团队将具有氧化还原活性中间层引入到锂硫电池中，显着提高了该电池的能量密度和循环寿命——在此之前，这一点一直是锂硫电池商业化的挑战。

图片显示了锂硫电池经过 500 次充放电循环后多孔含硫夹层的微观结构和元素分布（硅、氧和硫）。（图片由 Guiliang Xu/Argonne 国家实验室提供）

相关研究细节

据悉，Li-S电池的通常结构是含硫正极-有机电解质-锂金属负极。电池反应过程中，正极的反应中间体多硫化物会溶解于电解液并向负极移动，这种多硫化物穿梭效应会对电池寿命产生负面影响，并降低电池的充电次数，使电池寿命缩短。

为了防止多硫化物的穿梭效应，先前的研究试图在正极和负极之间放置氧化还原惰性保护夹层（该材料不发生反应）。然而，保护夹层非常致密，不仅重量大，降低了电池单位重量的储能容量，而且它也不能充分抑制穿梭效应，成为了限制Li-S电池实际应用的障碍。

而阿贡国家实验室的研究团队则开发了一种具有氧化还原活性的多孔含硫夹层，并将其引入锂硫电池中。数据证实，氧化还原活性中间层可以减少穿梭，减少电池内的有害反应，并增加电池容量以容纳更多电荷并持续更多循环——最直观的数据就是，该电池的初始容量是带有惰性夹层的电池的三倍左右，并且在700次充放电循环后仍保持其初始容量的64%。

未来，研究团队希望通过进一步开发具有氧化还原活性的中间层技术，使中间层更薄、更轻，并推动实际应用，从而提升Li-S电池的性能。

粉体圈Coco编译

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