“解锁充满希望的未来：探索锂硫电池的进步与潜力”
商业上使用的锂离子电池主要由正极、负极隔膜和电解质组成。锂离子电池安装在智能手机、电动工具和电动汽车中。它们使用液体电解质溶液。
尽管锂离子电池技术得到了广泛应用和改进，但它们也有一些常见的缺点，比如过热，以及原材料的供应链问题。目前正在通过测试电池制造中的新材料来研究这些问题。其中一种材料是硫，因为它在自然界中含量极其丰富，是石油工业的副产品。这种材料也具有成本效益，并且比传统的锂离子电池具有更大的储能能力。
全球硫基电池市场规模预计将以 17.69% 的复合年增长率增长，从 2021 年的 5.174 亿美元到 2031 年达到 26.99 亿美元。
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电池的组成部分–
电极– 放电时释放电子的电极是阳极；吸收电子的电极是阴极。它们储存锂。电解质将带正电的锂离子（即，离子是通过从一个中性原子中移除或添加电子而产生的带电粒子，以产生正离子或负离子）通过隔膜从阳极输送到阴极，反之亦然。锂离子的移动在阳极中产生自由电子，产生电荷，使电流流过供电设备。电极负责电池的基本性能。
隔膜和电解质– 这两者决定了电池的安全性。隔膜充当阴极和阳极之间的物理屏障，防止电子在它们之间直接流动，阻止电子在电池内部流动，只允许离子通过它们。
电解质在电池的两个电极之间来回传输离子（带电粒子），导致电池充电和放电。
锂硫电池实际应用中的挑战
给 Li-S 电池充电会导致材料（多硫化物）的积累，然后这些材料流动并溶解到电解质中，导致电解质腐蚀。研究人员称之为多硫化物穿梭效应，它会缩短电池寿命。
为了防止多硫化物穿梭，科学家们一开始尝试在电极之间放置一个氧化还原惰性中间层。然而，最终它占用了电池内的额外空间，降低了电池的存储容量，并且没有充分减少穿梭。随后，研究人员开发了一种多孔的含硫活性中间层，而不是氧化还原惰性中间层（即，它不会经历与电极中类似的反应）。结果表明，容量增加了三倍，并且具有活性中间层的电池在 700 次充放电循环中保持了高容量。
硫基电池市场的最新发展
2022 年 9 月：NGK Insulators, Ltd. 获得了一份 11.4 兆瓦/69.6 兆瓦时钠硫系统的合同。该系统将部署在日本三重县的津 LNG 站。
2022 年 1 月：Lyten Inc. 和美国国防部签署了一项协议。该协议旨在加强锂硫电池的商业和国家安全用途。
锂硫电池的优势-
结论
锂离子电池正达到其技术进步的顶峰。Li-S 电池已成为解决传统锂离子电池局限性的方案。研究人员正在寻找通过采用硫化物固态电解质 (SSE) 来解决由多硫化物穿梭引起的电池寿命短的难题。Li-S 电池具有高密度能量、增强的安全性、成本效益，并且电池中使用的硫是工业副产品。
作者：Abhishek Saini
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