“NG28·南宫体育”理论与实验结合建立一种新型聚合物锂硫电池

研究人员找到，与传统的锂硫电池比起，经过100次以上的电池循环后，新型锂硫电池的容量尚能能提升一倍。【图注】此图展出锂硫电池单元循环过程中简单离子簇的构成。

这些离子簇由阳离子聚合物粘合剂，电池电解质和阴离子硫活性材料构成。锂硫电池是替代电动汽车中普通锂离子电池极具前景的候选者，因为它们更加低廉，重量更加重，并且可以为完全相同质量条件下储存将近两倍的能量。但是，随着时间的流逝，锂硫电池显得不平稳，电极变差，容许了其普遍使用。

近期，由美国能源部LawrenceBerkeley国家实验室科学家所领导的研究小组找到，与传统锂硫电池比起，新型锂硫电池组件的容量缩减到，并在低电流密度下的电池周期多达100次，这是电动汽车（EV）和航空领域使用的关键性能指标。他们通过设计一种新的聚合物粘结剂来大力调节锂硫电池中的关键离子传输过程，并展出了它在分子水平上如何发挥作用。LawrenceBerkeley实验室分子铸研究所的科学家BrettHelms说道：“新的聚合物就像一面墙。

硫磺阻抗在碳主体的孔隙中，然后由聚合物密封，由于硫磺参予电池的化学反应，聚合物制止带上负电荷硫化合物游离过来，进而产生了下一代电动汽车”。当锂硫电池储存和获释能量时，化学反应产生可移动的硫分子，与电极断开连接，造成分解成并最后减少电池的容量。

为了使这些电池更为平稳，研究人员仍然希望研发用作电极的维护涂层，并且研发新的聚合物粘合剂将电池组件黏合在一起。这些传统粘合剂目的掌控或减低电极的收缩和裂开，新的粘合剂则更进一步。来自LawrenceBerkeley实验室分子铸研究中心的研究人员设计了一种聚合物，通过选择性地融合硫分子，将硫维持在附近电极的方位，抵销其迁入的偏向。

下一步是理解在电池和放电过程中以及在有所不同电池状态下有可能再次发生的动态结构变化，指导铸理论设施的DavidPrendergast和理论设施项目的科学家TodPascal创建了一个仿真测试聚合物不道德的假设。Prendergast说道：“我们现在可以可信而高效地对这些粘合剂中的硫化学展开建模，基于从沉淀的含硫产品详尽量子力学仿真。他们在LawrenceBerkeley实验室的国家能源研究科学计算中心（NERSC）的超级计算资源上展开的大规模分子动力学仿真证实，该聚合物具备融合移动硫分子的亲和力，并且还预测该聚合物可用作在电池的有所不同电池状态下融合有所不同的硫物质。利用LawrenceBerkeley实验室的高级光源和阿贡国家实验室的电化学实验室展开的实验证实了这些预测。

研究小组更进一步研究了新型聚合物粘合剂制取的锂硫电池的性能。通过一系列实验，他们需要分析和分析聚合物如何影响硫阴极中的化学反应速率，这是构建这些电池的高电流密度和高功率的关键。通过长年循环使电池的电容量减少将近一倍，新型聚合物提升了锂硫电池的容量和功率。

美国能源部能源储存研究牵头中心（JCESR）对新型聚合物的制备，理论和特性的综合解读使其沦为原型锂硫电池的关键组成部分。

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