“解鎖有前景的未來：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、負極隔膜和電解液組成。鋰離子電池安裝在智慧型手機、電動工具和電動車中。它們使用液體電解液。
儘管鋰離子電池技術得到了廣泛應用和改進，但它們也有一些常見的缺點，例如過熱以及原材料的供應鏈問題。目前正在研究這些問題，方法是在電池的構造中測試新材料。其中一種材料是硫，因為它在自然界中極為豐富，是石油工業的副產品。該材料也具有成本效益，並且比傳統的鋰離子電池具有更大的儲能能力。
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 年將從 2021 年的 5.174 億美元達到 26.99 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，離子是一種帶電粒子，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）從陽極通過隔膜輸送到陰極，反之亦然。鋰離子的移動在陽極中產生自由電子，產生電荷，使電流流過供電的設備。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。隔膜充當陰極和陽極之間的物理屏障，防止電子在它們之間直接流動，阻止電子在電池內部流動，只允許離子通過它們。
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。
鋰硫電池實際應用中的挑戰
為鋰硫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液中，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。
為了防止多硫化物關閉，科學家們一開始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，並且沒有充分減少關閉。隨後，研究人員開發了一種多孔的含硫活性中間層，而不是氧化還原惰性中間層（即，它不會像電極中那樣發生類似的反應）。結果顯示，容量增加了三倍，並且具有活性中間層的電池在 700 次充放電迴圈中保持了高容量。
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. 和美國國防部簽署了一項協議。該協議旨在加強鋰硫電池在商業和國家安全方面的應用。
鋰硫電池的優點-
結論
鋰離子電池正達到其技術進步的極限。鋰硫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關閉引起的電池壽命短的挑戰。鋰硫電池具有高密度能量、更高的安全性、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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