假如科學(xué)家們能夠延長鋰硫電池的壽命的話，更輕、更便宜的鋰硫電池可能會(huì)成為我們在電動(dòng)汽車或手機(jī)中使用的下一代電池。

這種電池的重要優(yōu)勢在于它能夠比使用鋰離子技術(shù)的同類電池儲(chǔ)存更多的電量，這意味著它們在一次充電之后可以使用更長時(shí)間。而且它們也可以在生產(chǎn)鋰電池的廠中生產(chǎn)，所以它們投入生產(chǎn)相對來說也簡單。

它們沒有使用鈷，而是使用了硫磺，鈷的價(jià)格昂貴，并且易受脆弱的全球供應(yīng)鏈的影響，硫磺則是一種廉價(jià)的原材料，作為石油工業(yè)的副產(chǎn)品，硫磺也更加容易采購。此外，它們的單位能源成本也大幅減少。

那怎么鋰硫電池還沒普及起來?

目前鋰硫(Li-S)電池的重要問題是充電次數(shù)還不夠多，無法進(jìn)行商業(yè)化。這一切都和電池的內(nèi)部化學(xué)原理有關(guān)：給鋰硫電池充電會(huì)導(dǎo)致化學(xué)沉積物的積累，縮短電池壽命。

這些沉積物會(huì)形成一種叫做樹突的薄薄的樹形結(jié)構(gòu)，這些樹形結(jié)構(gòu)會(huì)從鋰陽極電池內(nèi)部的負(fù)極向上延伸，還會(huì)損害電池陽極和電解液。

這就降低了電池的供電能力，還可能導(dǎo)致電池發(fā)生短路，導(dǎo)致可燃電解質(zhì)著火。這是一個(gè)同樣會(huì)影響鋰電池的問題，并且已經(jīng)有充分證據(jù)的支持。這就是為何公司要求手機(jī)的備用電源只能放在手提行李中，因?yàn)樵谑痔嵝欣钪邪l(fā)生的煙霧或火災(zāi)會(huì)更容易被注意到或檢測到。

粗糙的突刺

電池開發(fā)人員在給鋰硫電池充電時(shí)，鋰會(huì)落在凹凸不平的尖峰上，開發(fā)人員很難讓鋰平穩(wěn)、均勻地重新沉積在負(fù)極上。

目前的鋰硫電池的充電周期可能只有50次。西班牙巴塞羅那萊塔技術(shù)研究所的能源存儲(chǔ)研究員路易斯桑托斯(LuisSantos)博士是LISA項(xiàng)目的技術(shù)協(xié)調(diào)員，該項(xiàng)目致力于優(yōu)化鋰硫電池的各個(gè)方面，使其變得足夠緊湊和足夠可靠，滿足小型電動(dòng)汽車的使用要求。

桑托斯說，假如鋰硫電池要在乘用車這個(gè)首要目標(biāo)市場上實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，它們就要進(jìn)行重大改進(jìn)。一個(gè)重要的目標(biāo)就是保護(hù)鋰負(fù)極，制造更多的充電周期。

為了做到這一點(diǎn)，LISA聯(lián)盟的合作伙伴、芬蘭坦佩雷的Pulsedeon使用激光在負(fù)極上沉積只有幾微米厚的陶瓷復(fù)合材料層，這可以保護(hù)鋰負(fù)極不退化，并防止樹突的生長。

桑托斯博士說：我對負(fù)極非常有信心，我們有很好的合作伙伴，他們工作非常努力，我們很快就會(huì)獲得突破。

從負(fù)極及其陶瓷保護(hù)層、膜、電解質(zhì)到正極，鋰硫電池的組件都要優(yōu)化，而LISA的合作伙伴正在為每一個(gè)組件進(jìn)行各種研究。

雖然理論上鋰硫電池的容量是鋰電池的五倍，但它們也會(huì)占據(jù)更大的體積，因此研究人員同時(shí)也致力于確保解決方法會(huì)使鋰硫電池變得盡可能地緊湊。

混合電解液

LISA的研究人員正在研究的其中一個(gè)方面就是一種固體電解質(zhì)，也就是在電池正極和負(fù)極之間傳導(dǎo)離子(帶電原子和分子)的材料。

傳統(tǒng)的鋰電池通常使用電解凝膠或液體，但即使在低溫下，這些材料也存在可能造成火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。所以LISA項(xiàng)目正在研究一種能將這種風(fēng)險(xiǎn)降到最低的電解質(zhì)。

他們目前正在試驗(yàn)一種固體陶瓷材料和一種強(qiáng)適應(yīng)性柔性聚合物的組合。

另一種方法是在電池中加入一種化學(xué)熔斷器，這個(gè)想法是將一種具有熱敏開關(guān)的材料封裝進(jìn)去，這種材料本質(zhì)上就像一個(gè)跳閘，假如溫度上升過快，就會(huì)停止電流。

桑托斯博士相信，LISA項(xiàng)目將會(huì)為這項(xiàng)技術(shù)帶來實(shí)質(zhì)性改進(jìn)。

他說：即使我們沒有(可用于乘用車的)最終產(chǎn)品，我們肯定也會(huì)有一些可以改善鋰硫電池的成果。

LISA項(xiàng)目的大部分研究建立在ALISE項(xiàng)目的發(fā)現(xiàn)上，這個(gè)項(xiàng)目由Leitat的能源存儲(chǔ)首席研究員ChristopheAucher博士領(lǐng)導(dǎo)。

Aucher博士說，ALISE項(xiàng)目中有一個(gè)引人注目的結(jié)論，汽車制造商SEAT顯示，關(guān)于插拔式混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(PHEV)來說，鋰硫技術(shù)能比鋰離子技術(shù)供應(yīng)多10%的可行駛里程，而關(guān)于純電動(dòng)汽車(BEV)這個(gè)數(shù)字則約為2%，而且電池組還要輕約15%。

Aucher博士說：讓我們感到驚訝的是雖然它的性能不如鋰離子，但(實(shí)際上)比鋰離子好一點(diǎn)，我們談?wù)摰倪€是一項(xiàng)成熟度只有這么低的技術(shù)，所以這有點(diǎn)令人吃驚。

無人機(jī)

該研究還表明，鋰硫電池技術(shù)可以大幅降低成本的可能性，其潛在成本約為每千瓦時(shí)72歐元，比同類鋰電池技術(shù)低30%。

但ALISE項(xiàng)目的電池在充電50次左右就會(huì)出現(xiàn)故障，而Aucher博士表示，要想在小型電動(dòng)汽車上使用，這個(gè)充電次數(shù)最起碼要新增20倍。

為了改善這個(gè)問題和包裹的問題，鋰硫電池還要一段時(shí)間才能成為真正小型汽車的大眾市場產(chǎn)品。

就(乘用車)的大規(guī)模集成而言，我們指的(大約)是10年左右的時(shí)間，Aucher博士說。

和此同時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)在那些體積不如質(zhì)量那么重要的應(yīng)用中也證明了其價(jià)值。

OXISEnergy是這兩個(gè)項(xiàng)目的合作伙伴，總部位于英國牛津附近，該公司正和梅賽德斯-奔馳(Mercedes-Benz)合作生產(chǎn)巴士電池，這種電池雖然體積稍大，卻能大幅節(jié)省重量，從而搭載更多的乘客。

此外，鋰硫電池也已經(jīng)用于那些要輕型電池且一次充電之后就要運(yùn)行很長時(shí)間的設(shè)備，比如無人機(jī)或衛(wèi)星。