“解鎖充滿希望的未來：探索鋰硫電池的進展與潛力”
商業上使用的鋰離子電池主要由正極、負極、隔膜和電解質組成。鋰離子電池安裝在智慧手機、電動工具和電動汽車中。它們使用液態電解質溶液。
儘管它被廣泛使用並有所改進鋰離子電池技術，它們也有眾所周知的缺點，例如過熱，以及原材料的供應鏈問題。 正在通過測試用於製造電池的新材料來研究這些問題。 一種這樣的材料是硫，因為它在自然界中極其豐富，是石油工業的副產品。 這種材料也具有成本效益，並且比傳統的鋰離子電池具有更多的儲能能力。
全球硫基電池市場規模預計將以17.69%的複合年增長率增長，到2031年將達到26.99億美元，而2021年為5.174億美元。
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電池的組成部分–
電極– 在放電期間釋放電子的電極是陽極；吸收電子的電極是陰極。它們儲存鋰。電解質攜帶帶正電的鋰離子（即，離子是通過從中性原子中移除或添加電子而產生的帶電粒子）從陽極到陰極，反之亦然，通過隔膜。鋰離子的移動會在陽極中產生自由電子，從而產生電流，該電流流過被供電的設備。電極負責電池的基本性能。
隔膜和電解質– 這兩者決定了電池的安全性。隔膜充當正極和負極之間的物理屏障，阻止它們之間電子的直接流動，阻止電子在電池內流動，僅允許離子通過它們。
電解質在電池的兩個電極之間來回傳輸離子（帶電荷的粒子），導致電池充電和放電。
鋰硫電池實際使用中的挑戰
為 Li-S 電池充電會導致材料堆積（多硫化物），然後流入並溶解到電解質中，從而導致其腐蝕。研究人員稱之為多硫化物穿梭效應，它會縮短電池壽命。
為了防止多硫化物穿梭，科學家們最初嘗試在電極之間放置一個氧化還原非活性中間層。 然而，它最終佔用了電池內額外的空間，降低了電池的儲存容量，並且未能充分減少穿梭。 隨後，研究人員開發了一種多孔含硫活性中間層，而不是氧化還原非活性（即，它不會像電極那樣經歷類似的反應）。 結果表明容量增加了三倍，並且具有活性中間層的電池在 700 次充放電循環中保持了高容量。
硫基電池市場的最新發展
2022年9月：NGK Insulators, Ltd 獲得了一份 11.4 MW/69.6 MWh 鈉硫系統的合同。 該系統將部署在日本三重縣的 Tsu 液化天然氣站。
2022年1月：Lyten Inc. 和美國國防部簽署了一項協議。 該協議旨在增強鋰硫電池，用於商業和國家安全用途。
鋰硫電池的優點
結論
鋰離子電池的技術進步已達到極限。 Li-S 電池已成為傳統鋰離子電池局限性的解決方案。 研究人員正在尋求通過使用硫化物固態電解質 (SSE) 來解決目前因多硫化物穿梭而導致的電池壽命短的問題。 Li-S 電池具有高能量密度、增強的安全性、成本效益，並且電池中使用的硫是工業副產品。
作者：Abhishek Saini
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