一些最有前途的電池成分理論上可以儲(chǔ)存比現(xiàn)有鋰離子電池多幾倍的能量，價(jià)格卻要低很多。但是它們都有一個(gè)致命的缺陷：充不了很多次電就會(huì)失效。這一缺陷讓它們?cè)诎妱?dòng)汽車這樣的應(yīng)用上沒有用處。現(xiàn)在，斯坦福的研究人員設(shè)計(jì)出新的納米結(jié)構(gòu)，還可以極大地增加可充電的次數(shù)，足以滿足很多商業(yè)應(yīng)用。
盡管之前的研究報(bào)道鋰硫電池可以充150次電，斯坦福的研究者已經(jīng)給他們的電池了充了1000次電，并保持了很大的能源儲(chǔ)存容量。對(duì)某些電動(dòng)車構(gòu)型來說，這樣的電池可以堅(jiān)持用上幾年。斯坦福大學(xué)材料科學(xué)和工程學(xué)教授崔屹說，這種電池的商業(yè)版本也許可以把鋰離子電池的容量增加大約一倍。電池在500次循環(huán)后還有81%的容量，循環(huán)1000次以后還有67%的容量。崔屹表示用在這種電池中的納米材料制造方法簡單，可以進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)制造。
這種納米結(jié)構(gòu)解決了之前鋰硫電池的兩個(gè)問題。當(dāng)鋰硫電池放電的時(shí)候，硫會(huì)和會(huì)鋰結(jié)合形成硫化鋰；當(dāng)電池放電的時(shí)候，硫又會(huì)再次形成。但這個(gè)反應(yīng)并不是直接進(jìn)行的。很多名為多硫化物（polysulfides）的中間化合物也會(huì)形成。如果這些多硫化物流出電極之外，反應(yīng)就不能完成，也就限制了電池可以儲(chǔ)存的電量。經(jīng)過幾次充電循環(huán)以后，這些中間產(chǎn)物會(huì)積累起來，進(jìn)一步降低電池容量。
一些研究者發(fā)現(xiàn)很多納米結(jié)構(gòu)可以幫助把多硫化物限制在電極里。但這些設(shè)計(jì)在鋰硫電池中會(huì)遇到第二個(gè)問題。硫會(huì)膨脹，破壞納米結(jié)構(gòu)，讓多硫化物逃逸出來。
研究者首先造出球形硫納米顆粒，并用氧化鈦外殼包裹它們。氧化鈦外殼的設(shè)計(jì)是為了固定住多硫化物，不讓它們離開電極。研究者隨后溶解了部分的硫，在外殼內(nèi)部留出空間。這些空間可以讓硫在膨脹的時(shí)候不破壞氧化鈦外殼。
盡管這樣的材料對(duì)某些應(yīng)用來說已經(jīng)足夠好了，但是理想的電動(dòng)汽車電池需要在多至3000次充電循環(huán)以后還有80%的容量，也就是說在汽車的使用壽命里可以每天充一次電。為此研究者正繼續(xù)尋找增加充電次數(shù)和電池容量的方法。
研究團(tuán)隊(duì)把他們的結(jié)果發(fā)表在了Nature Communication雜志上。論文還討論了鋰金屬電池的一些安全性問題。（崔屹正研發(fā)一種新的電池物質(zhì)硫化鋰，可以避免使用鋰金屬。）“現(xiàn)在仍有很多研究和優(yōu)化工作需要做。”崔屹說。
