锂硫电池技术进步有望加快充电速度并延长电池寿命

两个独立的研究团队报告了锂硫电池技术的最新进展，各自解决了这些储能设备商业化过程中的关键挑战。其中一个团队专注于增强阴极材料，而另一个团队则开发了一种创新型固体电解质。

在第一项研究中，由DGIST能源科学与工程系Jong-sungYu教授领导的团队开发了一种掺氮多孔碳材料，以提高锂硫电池的充电速度。这种材料采用镁辅助热还原法合成，在电池阴极中充当硫宿主。由此产生的电池性能卓越，即使在短短12分钟内充满电，也能达到705mAhg-¹的高容量。

在ZIF-8中，镁与氮在高温下反应形成碳结构，从而提高了硫含量，改善了电解质接触。与传统电池相比，在快速充电条件下，这一进步使电池容量提高了1.6倍。此外，氮掺杂有效抑制了多硫化锂的迁移，使电池在1000次充放电循环后仍能保持82%的容量。

与阿贡国家实验室（ArgonneNationalLaboratory）的合作显示，硫化锂在碳材料的层状结构中以特定的方向形成。这一发现证实了氮掺杂和多孔碳结构在提高硫负荷和加快反应速度方面的优势。

中国和德国研究人员的另一项研究引入了一种固体电解质，旨在解决锂离子与元素硫之间的缓慢化学反应。这种创新电解质是一种由硼、硫、锂、磷和碘组成的玻璃状材料。

这项研究的突出特点是在电解质中加入了碘。由于碘具有快速的电子交换能力，它可以作为电子转移到硫的中间体，从而显著加速电极反应。研究人员认为，碘在电解质中的流动性可使其发挥电子穿梭机的作用。

性能结果同样令人印象深刻。当以极快的速度充电时（一分钟多一点就能充满电），电池的容量仅为充电速度慢25倍的电池的一半。在中等充电速度下，电池经过25000多次充放电循环后，仍能保持80%以上的初始容量。这种耐用性远远超过了传统的锂离子电池，后者通常仅在1000次循环后就会出现类似的容量衰减。

这些进步使锂硫电池更接近实用化。DGIST团队的工作展示了先进阴极材料在快速充电场景中的应用前景，而中德双方的合作则凸显了固体电解质在提高电池寿命和充电速度方面的变革潜力。