化学家寻求最先进的锂硫电池

我们什么时候可以驾驶电动汽车行驶整个德国而无需给电池充电?慕尼黑大学 NIM 集群和加拿大安大略省滑铁卢大学的化学家现已合成了一种新材料，可以为最先进的锂硫电池指明前进的道路。

纳诺伦汽车交通的未来是否属于轻柔的电动汽车，很大程度上取决于其电池的发展。目前业界将大部分希望寄托在锂硫电池上，因为锂硫电池具有非常高的存储容量。此外，由于含有硫原子，它们比传统的锂离子电池组制造成本更低，毒性也更小。

然而，锂硫电池在集成到汽车中之前仍然面临着几个需要解决的重大挑战。例如，在锂硫电池成为锂离子电池的现实替代品之前，需要增加可能的充放电循环的速率和次数。

大量孔隙可容纳硫磺

化学家 Thomas Bein教授 (慕尼黑大学)、慕尼黑纳米系统倡议能源转换部门协调员、Linda Nazar 教授(滑铁卢大学滑铁卢纳米技术研究所)及其同事现已成功生产出一种新型纳米纤维，其高度有序的多孔结构使其具有极高的表面积与体积比。因此，一块方糖大小的新材料样品的表面积相当于七个以上网球场的表面积。

“高表面积与体积比和高孔体积很重要，因为它允许硫以细碎的方式结合到电极上，并具有相对较高的负载量。再加上其易于访问，这提高了充放电循环过程中发生的电化学过程的效率。硫电极-电解质界面上涉及电子和离子的关键反应的速率高度依赖于可用的总表面积，”Bein 研究所的博士后、该研究的第一合著者 Benjamin Mandlmeier 说道。新研究解释道。

秘方

新颖的配方和巧妙设计的合成方式是决定新材料性能的关键因素。为了合成碳纤维，化学家首先从市售的无孔纤维开始制备多孔管状二氧化硅模板。然后将该模板填充碳、二氧化硅和表面活性剂的特殊混合物，然后在 900°C 下加热。最后通过蚀刻工艺去除模板和SiO2。在此过程中，碳纳米管以及孔径的收缩程度比没有限制模板时要小，纤维本身也相应地更加稳定。

“纳米结构材料在电能的高效转换和存储方面具有巨大的潜力，”托马斯·贝因说。 “我们 NIM 集群将继续与巴伐利亚 SolTech 网络的同事密切合作，以探索和利用此类结构的特性及其实际应用。”