一些最有前途的電池成分理論上可以儲存比現(xiàn)有鋰離子電池多幾倍的能量，價格卻要低很多。但是它們都有一個致命的缺陷：充不了很多次電就會失效。這一缺陷讓它們在包括電動汽車這樣的應(yīng)用上沒有用處?，F(xiàn)在，斯坦福的研究人員設(shè)計出新的納米結(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存容量。對某些電動車構(gòu)型來說，這樣的電池可以堅持用上幾年。斯坦福大學材料科學和工程學教授崔屹說，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問題。當鋰硫電池放電的時候，硫會和會鋰結(jié)合形成硫化鋰；當電池放電的時候，硫又會再次形成。但這個反應(yīng)并不是直接進行的。很多名為多硫化物（polysulfides）的中間化合物也會形成。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存的電量。經(jīng)過幾次充電循環(huán)以后，這些中間產(chǎn)物會積累起來，進一步降低電池容量。
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)計在鋰硫電池中會遇到第二個問題。硫會膨脹，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候不破壞氧化鈦外殼。
盡管這樣的材料對某些應(yīng)用來說已經(jīng)足夠好了，但是理想的電動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。
研究團隊把他們的結(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。
