韓國獲鋰硫電池研發新見解 或取代現有鋰離子電池

（圖片來源：大邱慶北科學技術院）

不過，在電池中使用硫會遇到兩個問題。首先，在電池「放電」循環過程中，在陰極上會形成可溶解的鋰聚硫化物（LiPS），並擴散至電解質，且輕易地到達陽極，並在陽極逐漸降低電池的容量。第二，硫不具導電性。因此，需要採用一種導電多孔的主體材料來容納硫，並同時在陰極捕獲鋰聚硫化物。近年來，由於碳基主體結構具導電性，人們對其進行了研究。但是，碳基主體材料不能捕獲鋰聚硫化物。

據外媒報導，韓國大邱慶北科學技術院（the Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology）的科學家提出了一種名為「薄片有序介孔二氧化矽」（platelet ordered mesoporous silica，pOMS）的新型主體結構。他們的選擇與眾不同之處在於，低成本金屬氧化物二氧化矽實際上並不具有導電性，但是，二氧化矽的極性很高，能夠吸引鋰聚硫化物等其他極性分子。

將導電碳基劑應用於pOMS結構時，結構空隙中原有的固體硫會溶解到電解質中，並擴散至導電碳基劑，將其還原以產生鋰聚硫化物。通過此種方式，硫可以高效地參與到必要的電化學反應中，儘管二氧化矽不具導電性。同時，pOMS的極性特性確保鋰聚硫化物會接近陰極，遠離陽極。

科學家們還構建了類似的非極性、高導電性傳統多孔碳主體結構，以與pOMS結構進行比較實驗。負責領導該研究的Jong-Sung Yu教授表示：「含碳主體材料的電池最初的容量很高，但由於非極性碳和鋰聚硫化物之間的微弱互動，導致電池容量很快就下降。在電池連續充放電循環中，該二氧化矽結構清晰地留住了更多的硫，在循環次數高達2000次時，電池還具備更大的容量和穩定性。」

綜上所述，從該研究獲得的最重要見解或許是，並不需要像以前一樣，認為鋰硫電池的主體結構需要具備導電性。Yu教授表示：「我們的研究結果令人驚訝，因為沒有人會想到，不導電的二氧化矽會是一種高效的硫主體材料，甚至比最先進的碳主體材料更好。」該項研究拓寬了鋰硫材料主體材料的選擇範圍，並可能導致下一代硫電池的範式轉變。