「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被廣泛使用並不斷改進，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。目前正在透過測試電池構造中的新材料來研究這些問題。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能量儲存能力。

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，從 2021 年的 5.174 億美元到 2031 年達到 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。電解質透過隔離膜將帶正電的鋰離子（即，離子是一種帶電荷的粒子，透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，使電流流過供電的設備。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，防止電子在它們之間直接流動，阻止電子在電池內部流動，只留下離子透過它們。

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 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，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）。結果表明，容量增加了三倍，並且帶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 鈉硫系統的合約。該系統將部署在日本三重縣的津 LNG 站。

2022 年 1 月：Lyten Inc. 和美國國防部簽署了一項協議。該協議旨在加強用於商業和國家安全用途的鋰硫電池。

鋰硫電池的優勢

結論

鋰離子電池正在達到其技術進步的極限。Li-S 電池已經成為解決傳統鋰離子電池局限性的解決方案。研究人員正在尋求透過採用硫化物固態電解質 (SSE) 來解決目前由於多硫化物關閉而導致的電池壽命短的問題。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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