锂硫电池已经引起了研究人员的兴趣，因为它们可以储存高达当今锂离子电池五倍的能量，密歇根大学的一个团队已经朝着实现其潜力迈出了一步。这项技术爱游戏ayx体育基于一种天然的灵感材料，解决了稳定性问题，并为电池提供了近乎完美的设计，允许电池循环1000次或更长时间。
“有许多报告声称锂硫电池可以循环几百次，但这是以牺牲其他参数为代价的——容量、充电速率、弹性和安全性，”主要作者尼古拉斯·科托夫说。
“目前的挑战是制造一种电池，使其循环次数从以前的10次增加到数百次，并满足包括成本在内的多种其他要求。”
为了解决这个问题，Kotov和他的同事们使用芳纶纳米纤维(凯夫拉纤维的微观对应物)来创建类似细胞膜结构的精确工程网络。这种材料注入了电解质凝胶，避免了电极上树突的产生，而树突是导致电池故障的典型原因。
然而，新细胞壁的优势太过了。当锂-硫电池循环时，被称为锂聚硫化物的锂和硫的微观颗粒会流向锂，从而降低设备的容量。研究人员解决了这个问题，他们在人造膜中加入了微观的、受生物启发的通道，并添加了电荷，在吸引其他粒子的同时排斥粒子。
该研究的共同第一作者Ahmet Emre说:“受生物离子通道的启发，我们为锂离子设计了高速公路，锂多硫化物无法通过通行费。”
科托夫说，该设备的效率达到了理论极限，其容量是典型锂离子电池的5倍。有一天，这可能会导致电动汽车可以在不充电的情况下行驶5倍的距离。
科学家们估计，使用快速充电技术，电池在现实环境中可以忍受1000次循环，这被认为是10年的寿命。爱游戏ayx体育此外，硫比钴(用于锂离子电池)更普遍，也更容易获得，芳纶纤维可以从过时的防弹背心中提取。
科托夫说:“这些电池的仿生工程集成了两个尺度——分子尺度和纳米尺度。”
“我们第一次将细胞膜的离子选择性和软骨的韧性结合在一起。我们的集成系统方法使我们能够解决锂硫电池的主要挑战。”
来源:密歇根大学
