“釋放充滿希望的未來：探索鋰硫電池的進步和潛力”
市售的鋰離子電池主要由正極、負極隔離膜和電解質組成。鋰離子電池安裝在智能手機、電動工具和電動汽車中。它們使用液體電解質溶液。
儘管鋰離子電池技術得到廣泛應用和改進，但它們也有一些常見的缺點，例如過熱和原材料供應鏈問題。人們正在研究這些問題，方法是在電池構造中測試新材料。其中一種材料是硫，由於其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儲存更多能量的能力。
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– 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。電解質將帶正電的鋰離子（即，離子是通過從中性原子中移除或添加電子而產生正離子或負離子的帶電粒子）從陽極通過隔離膜傳輸到陰極，反之亦然。鋰離子的移動在陽極中產生自由電子，產生電荷，使電流通過供電設備。電極負責電池的基本性能。
隔離膜和電解質– 這兩者決定了電池的安全性。隔離膜充當陰極和陽極之間的物理屏障，防止它們之間直接的電子流動，阻止電池內部電子流動，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（帶電粒子），導致電池充電和放電。
鋰硫電池實際應用中的挑戰
對 Li-S 電池充電會導致材料（多硫化物）積聚，然後流動並溶解到電解質中，從而導致腐蝕。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惰性中間層。然而，它最終佔用了電池內部的額外空間，降低了電池的儲存容量，並且沒有充分減少穿梭。隨後，研究人員開發了一種多孔含硫活性中間層，而不是氧化還原惰性（即，它不會發生與電極中相似的反應）。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 多個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 鈉硫系統的合約。該系統將部署在日本三重縣的津液化天然氣站。
2022 年 1 月：Lyten Inc. 與美國國防部簽署了一項協議。該協議旨在加強用於商業和國家安全用途的鋰硫電池。
鋰硫的優勢-
結論
鋰離子電池正在達到其技術進步的極限。Li-S 電池已成為解決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採用硫化物固態電解質 (SSE) 來解決目前由多硫化物穿梭引起的電池壽命短的挑戰。Li-S 電池具有高密度能量、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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