锂硫电池的前景

锂硫电池，比现在的型号更轻，更便宜，如果科学家能让它们持续更长时间，可能会成为我们在电动汽车或移动电话中使用的下一代动力电池。

主要的吸引力在于，与使用当前锂离子(Li-ion)技术的类似电池相比，它们可以储存更多的能量。这意味着它们一次充电的续航时间要长得多。

它们也可以在生产锂离子电池的工厂里生产，所以投入生产应该相对简单。

他们没有使用昂贵的钴，而是使用硫，这是一种廉价的原材料，是石油工业的副产品。钴容易受到脆弱的全球供应链的影响。而且它们每单位电力的成本可以节省很多。

那么是什么阻碍了我们呢?

主要的问题是，目前的锂硫电池充电次数不够，否则就无法实现商业化。
这一切都在于电池内部的化学反应:给锂硫电池充电会导致化学物质的堆积，从而降低电池的性能，缩短电池的使用寿命。

这些沉积物形成一种细长的树状结构，称为树突，从锂阳极(电池内部的负极)分支出来。这些沉积物降解了阳极和电解质，而电解质是锂离子来回穿梭的介质。

这会降低电池的供电能力，并最终导致短路，可能导致易燃的电解质着火。这是一个有据可查的问题，可能会困扰锂离子电池，这就是为什么航空公司要求手机的备用电源包只能放在手提行李中，因为烟雾或火灾更容易被注意到或检测到。

衣衫褴褛的峰值

电池开发人员在给锂硫电池充电时，很难让锂平稳、均匀地重新沉积到阳极上，而不是在凹凸不平的尖峰上。

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Leitat技术研究所的储能研究员Luis Santos博士说，因此，它们需要进行实质性的改进，才能在乘用车上实现商业可行性，而乘用车是主要的目标市场。

他是LISA项目的技术协调员，该项目致力于优化锂硫电池的各种元素，使其足够紧凑，足够可靠，可以用于小型电动汽车。

一个主要的目标是为更多的充电循环保留锂阳极。

为了做到这一点，LISA联盟的合作伙伴，芬兰坦佩雷的Pulsedeon，使用激光在阳极上沉积陶瓷复合材料，厚度只有几微米。这可以防止锂阳极降解，并防止不受控制的枝晶尖峰的生长。

“我对阳极非常有信心，”桑托斯博士说。我们有非常优秀的合作伙伴，他们正在努力工作，我们很快就会有非常好的结果。

锂硫电池的组成部分都需要优化——从阳极及其保护性陶瓷层、膜、电解质和阴极。LISA的合作伙伴正在为每一个项目设计不同的方案。

虽然锂- s电池理论上能储存的能量是锂离子电池的五倍，但它们也占用了更多的体积，因此研究人员专注于确保解决方案尽可能紧凑。

混合电解液

LISA研究人员正在采取的步骤之一是研究固体电解质——在电池的正负端之间传导离子(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，这些也会造成火灾风险。因此，LISA联盟正在研究一种将这种风险降至最低的电解质。

他们目前正在试验固体陶瓷元素和适应性强的柔性聚合物的组合。

另一种方法是在细胞中加入“化学熔断器”。这个想法是将一种材料包裹起来，这种材料具有热敏切断功能，本质上就像一个跳闸开关，如果温度上升过快，它就会停止电流流动。

桑托斯博士相信，LISA项目将带来技术上的实质性改进。

他说，即使我们没有(用于乘用车的)最终产品，我们也肯定会有一些可以改进锂硫电池的成果。

LISA的大部分工作都建立在一个名为ALISE的项目的发现之上，该项目由Leitat的能源存储首席研究员Christophe Aucher博士领导。

Aucher博士说，ALISE的一个显著成果是，汽车制造商SEAT表明，锂- s技术为插电式混合动力汽车(PHEV)提供了比锂离子技术多10%的行驶里程，为纯电动汽车(BEV)提供了约2%的行驶里程——电池组比同等产品轻15%。

奥彻博士说:“我们惊讶地发现，它的工作效果不如锂离子电池，但(实际上)比锂离子电池好一点。”“我们谈论的是一项只有这么低成熟度的技术，所以这有点令人惊讶。”

无人驾驶飞机

该研究还显示了大量潜在的成本节约，锂离子电池每千瓦时的潜在成本约为72欧元，比同类锂离子电池技术低30%。

但是ALISE公司的电池只能循环50次才会失效，Aucher博士认为，要想在小型电动汽车上使用，电池的循环次数需要达到50次。

完善这一点和最终的包装，将需要一段时间才能成为小型车中真正的大众市场产品。

奥彻博士说:“对于(乘用车)大规模集成，我们谈论的是(大约)10年后的事情。”

与此同时，这项技术被证明在体积不如质量重要的应用中是有价值的。

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)合作生产公交车电池，这种电池的体积略大，但重量却大幅减轻，从而可以搭载更多乘客。

锂硫电池已经被用于需要轻型电池并且一次充电可以长时间运行的设备，比如无人机或卫星。