非导电二氧化硅能弥补锂硫电池循环稳定性差的不足

据了解，近日，韩国大邱庆北科学技术研究所的科学家们发展非导电二氧化硅能很好的应用于锂硫电池中，以弥补该电池循环稳定性差的不足。该论文标题为《Revisiting the Role of Conductivity and Polarity of Host Materials for LongLife Lithium–Sulfur Battery》，已发表在《Advanced Energy Materials》杂志上。

近几年，随着移动技术、可穿戴电子产品和各种便携式设备的使用量不断增加，促使全世界的科学家们寻求可充电电池的下一个突破。锂硫电池（LSBs）是由浸没在液态电解液中的硫基正极和锂阳极组成的，因其成本低、无毒且富含硫的特性，有望取代目前商业化的锂离子电池。

但是，锂硫电池在实际使用过程中仍有一定的不足。首先，在“放电”循环过程中，正极材料中的可溶性锂多硫化物（LiPS）会不断扩散到电解液中，最后到达负极，这样将使电池的容量明显下降，循环稳定性变差；其次，硫是不导电的。因此，需要一种导电、多孔的主体材料来容纳硫，同时在正极捕获LiPS，以确保锂硫电池稳定循环。

为此，科学家们提出了一种名为“板状有序介孔二氧化硅(pOMS)”的新型主体结构。二氧化硅是一种低成本的金属氧化物，不导电，但是具有很强的极性，会吸引其他极性分子，如LiPS等。

据研究者表示，在向pOMS结构施加导电碳基剂后，结构孔隙中的初始固体硫会溶解到电解液中，然后从那里扩散到导电碳基剂中，被还原生成LiPS。在这种方式下，尽管二氧化硅不导电，但硫有效地参与了必要的电化学反应。同时，pOMS的极性保证了LiPS保持在靠近阴极而远离阳极的位置。

此外，科学家们还构建了一个类似的非极性、高导电性的传统多孔碳母体结构，与pOMS结构进行对比实验"。结果发现，采用碳母体的电池表现出很高的初始容量，但由于非极性碳和LiPS之间的微弱相互作用，容量下降的很快。而在连续循环过程中，二氧化硅结构显然保留了较多的硫，这使得高达2000次循环的容量保持和稳定性大大提高。

由此可见，锂硫电池的主体结构不需要像以前认为的那样具有导电性，非导电二氧化硅新型主体结构就是一个很好的例子。而这项研究拓宽了锂硫电池主体材料的选择范围，并可能导致下一代硫电池的范式转变。

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