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隨著電動(dòng)汽車、智能手機(jī)的普及，人們對(duì)高能、長(zhǎng)壽命、快速充電儲(chǔ)能系統(tǒng)的需求也在不斷增加。然而，目前鋰離子電池技術(shù)無(wú)法滿足這一需求，研究人員逐漸將重點(diǎn)轉(zhuǎn)向下一代電池。據(jù)外媒報(bào)道，浦項(xiàng)理工大學(xué)（POSTECH）的研究團(tuán)隊(duì)利用煉油過(guò)程中廢棄的硫，可在30分鐘內(nèi)成功合成鋰硫電池正極材料。

該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種創(chuàng)新鋰硫電池，具有高能量密度和機(jī)械靈活性，并且能夠快速充電。這是首次通過(guò)反硫化合成富硫?qū)蛹?jí)有序共聚物。在不使用表面活性劑或立體穩(wěn)定劑的情況下，快速反應(yīng)時(shí)間小于30分鐘。

與目前使用的高毒性過(guò)渡金屬基正極材料不同，硫因成本低、天然儲(chǔ)量豐富、毒性少而備受關(guān)注。尤其是鋰硫電池具有很高的理論能量密度（2,600Wh kg-1)和高容量（1672mAh g-1），表現(xiàn)出作為下一代電池的潛力。然而，硫的導(dǎo)電性基本上較低，從而阻礙充分利用活性物質(zhì)，使充放電循環(huán)放緩。另外，這種材料還具有在電解質(zhì)中溶解度高的缺點(diǎn)，從而縮短了電池的使用壽命。

為了克服這些局限性，與傳統(tǒng)硫電極不同，研究團(tuán)隊(duì)沒(méi)有采用熔體擴(kuò)散工藝，而是通過(guò)硫和乙烯基膦酸（VPA）反硫化法進(jìn)行共聚，僅在30分鐘內(nèi)即可合成硫基聚合物顆粒。所產(chǎn)生的硫顆粒由基于低密度硫同素異形體的相分離α-硫和硫-VPA網(wǎng)狀物 (SVPA) 構(gòu)成。

在短時(shí)間內(nèi)形成大小均勻的層級(jí)有序顆粒，關(guān)鍵在于硫自由基與 VPA 之間的自催化反應(yīng)。VPA所連接的長(zhǎng)硫鏈在反應(yīng)開(kāi)始時(shí)形成，以在沒(méi)有表面活性劑的情況下穩(wěn)定SVPA的球形形狀。有趣的是，研究表明在SVPA粒子表面會(huì)自發(fā)形成皺褶和孔隙，就像人的皮膚一樣，這有助于電解質(zhì)滲透到正極中，同時(shí)也減輕了施加至電極表面的機(jī)械應(yīng)力。


研究人員通過(guò)這種方法證實(shí)，在簡(jiǎn)單的合成方法的基礎(chǔ)上，可以在活性材料中引入多孔結(jié)構(gòu)，以促進(jìn)電解質(zhì)滲透，并通過(guò)在低體積膨脹的SVPA框架中嵌入硫同素異形體，提高電極的機(jī)械完整性。此外，研究人員通過(guò)大量存在于活性材料表面的膦酸官能團(tuán)， 有效地阻止了多硫化鋰洗脫（elution），從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的鋰硫電池性能。這種活性材料本身具有優(yōu)良的彈性，以及作為交聯(lián)聚合物的優(yōu)勢(shì)，顯示出作為柔性電極的潛力。

研究負(fù)責(zé)人Moon Jeong Park教授表示：“本項(xiàng)研究以低成本、環(huán)保的方式合成含豐富膦酸基團(tuán)的反硫化聚合物，從而開(kāi)發(fā)出一種柔性鋰硫電池。這一發(fā)現(xiàn)具有重要意義，因其可在化學(xué)上捕獲多硫化鋰，從而解決了洗脫問(wèn)題，促進(jìn)商業(yè)化進(jìn)展。” 

原標(biāo)題：浦項(xiàng)大學(xué)可在30分鐘內(nèi)合成鋰硫電池正極材料