非導電二氧化矽能彌補鋰硫電池迴圈穩定性差的不足

據瞭解，近日，韓國大邱慶北科學技術研究所的科學家們發展非導電二氧化矽能很好的應用於鋰硫電池中，以彌補該電池迴圈穩定性差的不足。該論文標題為《Revisiting the Role of Conductivity and Polarity of Host Materials for LongLife Lithium–Sulfur Battery》，已發表在《Advanced Energy Materials》雜誌上。

近幾年，隨著移動技術、可穿戴電子產品和各種可擕式設備的使用量不斷增加，促使全世界的科學家們尋求可充電電池的下一個突破。鋰硫電池（LSBs）是由浸沒在液態電解液中的硫基正極和鋰陽極組成的，因其成本低、無毒且富含硫的特性，有望取代目前商業化的鋰離子電池。

但是，鋰硫電池在實際使用過程中仍有一定的不足。首先，在“放電”迴圈過程中，正極材料中的可溶性鋰多硫化物（LiPS）會不斷擴散到電解液中，最後到達負極，這樣將使電池的容量明顯下降，迴圈穩定性變差；其次，硫是不導電的。因此，需要一種導電、多孔的主體材料來容納硫，同時在正極捕獲LiPS，以確保鋰硫電池穩定迴圈。

為此，科學家們提出了一種名為“板狀有序介孔二氧化矽(pOMS)”的新型主體結構。二氧化矽是一種低成本的金屬氧化物，不導電，但是具有很強的極性，會吸引其他極性分子，如LiPS等。

據研究者表示，在向pOMS結構施加導電碳基劑後，結構孔隙中的初始固體硫會溶解到電解液中，然後從那裡擴散到導電碳基劑中，被還原生成LiPS。在這種方式下，儘管二氧化矽不導電，但硫有效地參與了必要的電化學反應。同時，pOMS的極性保證了LiPS保持在靠近陰極而遠離陽極的位置。

此外，科學家們還構建了一個類似的非極性、高導電性的傳統多孔碳母體結構，與pOMS結構進行對比實驗"。結果發現，採用碳母體的電池表現出很高的初始容量，但由於非極性碳和LiPS之間的微弱相互作用，容量下降的很快。而在連續迴圈過程中，二氧化矽結構顯然保留了較多的硫，這使得高達2000次迴圈的容量保持和穩定性大大提高。

由此可見，鋰硫電池的主體結構不需要像以前認為的那樣具有導電性，非導電二氧化矽新型主體結構就是一個很好的例子。而這項研究拓寬了鋰硫電池主體材料的選擇範圍，並可能導致下一代硫電池的範式轉變。

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