香港科技大學(xué)能源研究所所長(zhǎng)趙天壽教授領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)提出了一種新穎的鋰硫（Li-S）電池陰極設(shè)計(jì)概念，提高了這種有前途的下一代電池的性能。

Li-S電池被認(rèn)為是智能手機(jī)，電動(dòng)汽車和無(wú)人機(jī)中常用的鋰離子（Li-ion）電池的有吸引力的替代品。它們以高能量密度而著稱，而其主要成分硫含量豐富，輕便，廉價(jià)且對(duì)環(huán)境無(wú)害。

Li-S電池可能提供超過(guò)500Wh/kg的能量密度，明顯優(yōu)于鋰離子電池達(dá)到300Wh/kg的極限。較高的能量密度意味著，如果使用Li-S電池供電，則由鋰離子電池供電的電動(dòng)汽車的大約400km行駛里程可基本擴(kuò)展至600-800km。

盡管全球研究人員在Li-S電池上取得了令人興奮的結(jié)果，但實(shí)驗(yàn)室研究與工業(yè)規(guī)模技術(shù)的商業(yè)化之間仍然存在很大差距。一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是Li-S電池的多硫化物穿梭效應(yīng)，會(huì)導(dǎo)致活性物質(zhì)從陰極逐漸泄漏和鋰腐蝕，從而導(dǎo)致電池壽命短。其他挑戰(zhàn)包括減少電池中的電解質(zhì)量，同時(shí)保持穩(wěn)定的電池性能。

為了解決這些問(wèn)題，趙教授的團(tuán)隊(duì)與國(guó)際研究人員合作提出了一種陰極設(shè)計(jì)概念，該概念可以實(shí)現(xiàn)良好的Li-S電池性能。

高度定向的大孔基質(zhì)可以均勻地容納硫，而大量的活性位點(diǎn)嵌入基質(zhì)內(nèi)部以緊密吸收多硫化物，從而消除了穿梭效應(yīng)和鋰金屬腐蝕。通過(guò)提出鋰-硫電池中硫陰極的設(shè)計(jì)原則，聯(lián)合小組提高了電池的能量密度，并朝著電池工業(yè)化邁出了一大步。

趙教授說(shuō)：“我們?nèi)蕴幱谠擃I(lǐng)域基礎(chǔ)研究的中間?！薄暗牵覀冃路f的電極設(shè)計(jì)理念和相關(guān)的性能突破代表了下一代電池的實(shí)際使用邁出了一大步，該下一代電池比當(dāng)今的鋰離子電池更強(qiáng)大，壽命更長(zhǎng)?！?/p>

他們的研究成果最近發(fā)表在《自然納米技術(shù)》上，標(biāo)題為“通過(guò)具有雙末端結(jié)合位點(diǎn)的大孔催化陰極，高能量，長(zhǎng)循環(huán)的鋰硫袋式電池”。

來(lái)自香港科技大學(xué)的團(tuán)隊(duì)成員包括趙教授及其現(xiàn)任博士生趙晨，張雷成和前博士生任玉勛（2019年畢業(yè)）。其他合作者包括來(lái)自美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和斯坦福大學(xué)，中國(guó)大陸廈門大學(xué)以及沙特阿拉伯伊瑪目阿卜杜勒拉赫曼·本·費(fèi)薩爾大學(xué)的研究人員。