據(jù)外媒報(bào)道，近日，美國(guó)能源部下屬太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（PNNL）的科研人員研發(fā)出一種“混合”陽(yáng)極，能夠顯著延長(zhǎng)鋰硫電池的使用壽命，使鋰硫電池向商業(yè)化方向又邁近一大步。相關(guān)研究論文發(fā)表在《自然通訊》上。

PNNL科研小組成員劉軍（音），同時(shí)也是該論文的聯(lián)合作者表示：“PNNL的新陽(yáng)極設(shè)計(jì)讓我們向商業(yè)化夢(mèng)想又邁近了一步。”

目前，電動(dòng)汽車(chē)普遍采用鋰離子電池作為動(dòng)力鋰離子電池，同時(shí)用于儲(chǔ)存可再生能源發(fā)電。但是，鋰離子電池自身的化學(xué)特性限制了其儲(chǔ)存容量。一個(gè)非常有前景的解決方法是使用鋰硫電池，每單位質(zhì)量的儲(chǔ)能容量是鋰離子電池的4倍。采用鋰硫電池，電動(dòng)汽車(chē)就可以行駛更遠(yuǎn)的距離并儲(chǔ)存更多的電量。但是，鋰硫電池的缺陷是使用壽命短，無(wú)法實(shí)現(xiàn)鋰離子電池那樣的多次充放電。

影響鋰硫電池的重要因素是它的副反應(yīng)，會(huì)縮短電池的使用壽命。這種副反應(yīng)發(fā)生在電池含硫的陰極，硫慢慢脫離陰極，形成溶于電池電解液的聚硫化物分子，最終生成一種被稱(chēng)為固態(tài)電介質(zhì)層的薄膜。這種薄膜生成在鋰陽(yáng)極的表面，一直生長(zhǎng)直到電池?zé)o法運(yùn)行。

截至目前，大多數(shù)鋰硫電池的研究都是集中在防止硫從陰極泄露。但是，PNNL的科研人員對(duì)防泄漏的方法有質(zhì)疑。此外，近期的相關(guān)研究表明，即使陰極溶解，鋰硫電池仍能繼續(xù)工作。因此，PNNL科研小組研發(fā)出一種向電池陽(yáng)極添加防護(hù)層的方法。

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這個(gè)防護(hù)層由石墨（常用于鋰離子電池陽(yáng)極）構(gòu)成，阻止硫在電池的鋰陽(yáng)極發(fā)生副反應(yīng)，防止生成使電池衰退的介質(zhì)層。PNNL科研人員將鋰離子電池中的石墨和鋰硫電池中的硫結(jié)合，形成新的電池陽(yáng)極，取名為混合陽(yáng)極。

通過(guò)測(cè)試，PNNL科研人員表示，這種新設(shè)計(jì)可以將鋰硫電池系統(tǒng)的壽命提高四倍。使用傳統(tǒng)的鋰硫電池，電池在100次充放電循環(huán)后停止工作。使用這種新的鋰硫電池系統(tǒng)，在同等測(cè)試條件下，充放電循環(huán)超過(guò)400次。

劉軍表示：“雖然硫還會(huì)在我們的混合陽(yáng)極發(fā)生溶解，但是這對(duì)電池性能沒(méi)有造成任何影響。實(shí)驗(yàn)表明，采用混合陽(yáng)極的電池充放電循環(huán)可達(dá)400次以上，而這之后儲(chǔ)能容量只減少了11%。本實(shí)驗(yàn)和其它鋰硫電池實(shí)驗(yàn)都是采用滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)室測(cè)試的小型薄膜電池，而電動(dòng)汽車(chē)要更加大型厚重的電池。采用更大的電池系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，可以更好評(píng)估PNNL的新混合陽(yáng)極設(shè)計(jì)在實(shí)際生活中的應(yīng)用可行性。”

PNNL的本次研究得到美國(guó)能源部下屬科學(xué)辦公室、APRA-E、能效與可再生能源辦公室的大力支持。

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