商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。
尽管其广泛使用和改进锂离子电池技术，它们也有熟悉的缺点，如过热，以及原材料的供应链问题。目前正在进行研究，通过测试电池结构中的新材料来解决这些问题。其中一种材料是硫，因为它在自然界中极其丰富，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 亿美元增长到 2031 年的 26.99 亿美元。
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电池的组成部分–
电极– 放电期间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正电或负电的粒子）通过隔膜从阳极输送到阴极，反之亦然。锂离子的运动在阳极中产生自由电子，从而产生电荷，使电流流过正在供电的设备。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，防止它们之间电子的直接流动，阻止电池内部电子的流动，只留下离子通过。
电解质在电池的两个电极之间来回传输离子（带电粒子），从而使电池充电和放电。
锂硫电池实际应用中的挑战
Li-S 电池充电会导致材料（多硫化物）的积累，然后多硫化物会流动并溶解到电解质中，从而导致其腐蚀。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，科学家们最初尝试在电极之间放置一个氧化还原惰性中间层。然而，它最终占据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含硫活性中间层，而不是氧化还原惰性的（即，它不会发生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液化天然气站。
2022 年 1 月：Lyten Inc. 和美国国防部签署了一项协议。该协议旨在加强用于商业和国家安全用途的锂硫电池。
锂硫电池的优势-
结论
锂离子电池正在达到其技术进步的顶峰。Li-S 电池已经成为解决传统锂离子电池局限性的解决方案。研究人员正在寻求通过采用硫化物固态电解质 (SSE) 来解决目前由多硫化物穿梭引起的电池寿命短的挑战。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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