更轻更久更便宜的锂硫电池：大约十年之后才能商业化

如果科学家们能够延长锂硫电池的寿命的话，更轻、更便宜的锂硫电池可能会成为我们在电动汽车或手机中使用的下一代电池。

这种电池的主要优势在于它能够比使用锂离子技术的同类电池储存更多的电量，这意味着它们在一次充电之后可以使用更长时间。而且它们也可以在生产锂离子电池的工厂中生产，所以它们投入生产相对来说也简单。

它们没有使用钴，而是使用了硫磺，钴的价格昂贵，并且易受脆弱的全球供应链的影响，硫磺则是一种廉价的原材料，作为石油工业的副产品，硫磺也更加容易采购。此外，它们的单位能源成本也大幅减少。

那怎么锂硫电池还没普及起来?

目前锂硫(Li-S)电池的主要问题是充电次数还不够多，无法进行商业化。这一切都与电池的内部化学原理有关：给锂硫电池充电会导致化学沉积物的积累，缩短电池寿命。

这些沉积物会形成一种叫做树突的薄薄的树形结构，这些树形结构会从锂阳极——电池内部的负极——向上延伸，还会损害电池阳极和电解液。

这就降低了电池的供电能力，还可能导致电池发生短路，导致可燃电解质着火。这是一个同样会影响锂离子电池的问题，并且已经有充分证据的支持。这就是为什么航空公司要求手机的备用电源只能放在手提行李中，因为在手提行李中发生的烟雾或火灾会更容易被注意到或检测到。

粗糙的突刺

电池开发人员在给锂硫电池充电时，锂会落在凹凸不平的尖峰上，开发人员很难让锂平稳、均匀地重新沉积在负极上。

目前的锂硫电池的充电周期可能只有50次。西班牙巴塞罗那莱塔技术研究所的能源存储研究员路易斯·桑托斯(Luis Santos)博士是LISA项目的技术协调员，该项目致力于优化锂硫电池的各个方面，使其变得足够紧凑和足够可靠，满足小型电动汽车的使用要求。

桑托斯说，如果锂硫电池要在乘用车这个首要目标市场上实现商业化，它们就需要进行重大改进。一个主要的目标就是

保护锂负极，制造更多的充电周期。

为了做到这一点，LISA联盟的合作伙伴、芬兰坦佩雷的Pulsedeon使用激光在负极上沉积只有几微米厚的陶瓷复合材料层，这可以保护锂负极不退化，并防止树突的生长。

桑托斯博士说：“我对负极非常有信心，我们有很好的合作伙伴，他们工作非常努力，我们很快就会获得突破。”

从负极及其陶瓷保护层、膜、电解质到正极，锂硫电池的组件都需要优化，而LISA的合作伙伴正在为每一个组件进行各种研究。

虽然理论上锂硫电池的容量是锂离子电池的五倍，但它们也会占据更大的体积，因此研究人员同时也致力于确保解决方案会使锂硫电池变得尽可能地紧凑。

混合电解液

LISA的研究人员正在研究的其中一个方面就是一种固体电解质，也就是在电池正极和负极之间传导离子(带电原子和分子)的材料。

传统的锂离子电池通常使用电解凝胶或液体，但即使在低温下，这些材料也存在可能造成火灾风险。所以LISA项目正在研究一种能将这种风险降到最低的电解质。

他们目前正在试验一种固体陶瓷材料和一种强适应性柔性聚合物的组合。

另一种方法是在电池中加入一种“化学熔断器”，这个想法是将一种具有热敏开关的材料封装进去，这种材料本质上就像一个跳闸，如果温度上升过快，就会停止电流。

桑托斯博士相信，LISA项目将会为这项技术带来实质性改进。

他说：“即使我们没有(可用于乘用车的)最终产品，我们肯定也会有一些可以改善锂硫电池的成果。”

LISA项目的大部分研究建立在ALISE项目的发现上，这个项目由Leitat的能源存储首席研究员Christophe Aucher博士领导。

Aucher博士说，ALISE项目中有一个引人注目的结论，汽车制造商SEAT显示，对于插拔式混合动力电动汽车(PHEV)来说，锂硫技术能比锂离子技术提供多10%的可行驶里程，而对于纯电动汽车(BEV)这个数字则约为2%，而且电池组还要轻约15%。

Aucher博士说：“让我们感到惊讶的是虽然它的性能不如锂离子，但(实际上)比锂离子好一点，我们谈论的还是一项成熟度只有这么低的技术，所以这有点令人吃惊。”

无人机

该研究还表明，锂硫电池技术可以大幅降低成本的可能性，其潜在成本约为每千瓦时72欧元，比同类锂离子电池技术低30%。

但ALISE项目的电池在充电50次左右就会出现故障，而Aucher博士表示，要想在小型电动汽车上使用，这个充电次数最起码需要增加20倍。

为了改善这个问题和包裹的问题，锂硫电池还需要一段时间才能成为真正小型汽车的大众市场产品。

“就(乘用车)的大规模集成而言，我们指的(大约)是10年左右的时间，”Aucher博士说。

与此同时，这项技术在那些体积不如质量那么重要的应用中也证明了其价值。

OXIS Energy是这两个项目的合作伙伴，总部位于英国牛津附近，该公司正与梅赛德斯-奔驰(Mercedes-Benz)合作生产巴士电池，这种电池虽然体积稍大，却能大幅节省重量，从而搭载更多的乘客。

此外，锂硫电池也已经用于那些需要轻型电池且一次充电之后就要运行很长时间的设备，比如无人机或卫星。

编译/前瞻经济学人APP资讯组

资料来源：https://techxplore.com/news/2020-06-cheaper-lighter-energy-dense-lithium-sulphur-batteries.html