由于最近間歇性可再生能源的出現(xiàn)和電動(dòng)汽車(chē)的采用，市場(chǎng)對(duì)高效能源存儲(chǔ)系統(tǒng)的需求不斷增加，而鋰硫電池（LSB）的存儲(chǔ)能量是傳統(tǒng)鋰離子電池的三到五倍，成為一種有前景的解決方案。LSB使用鋰作為陽(yáng)極，硫作為陰極，但這種組合也帶來(lái)了挑戰(zhàn)。問(wèn)題之一是“穿梭效應(yīng)”，即循環(huán)過(guò)程中形成的中間多硫化鋰（LiPS）物質(zhì)會(huì)在陽(yáng)極和陰極之間遷移，導(dǎo)致容量衰減、低生命周期和較差的倍率性能。

其他問(wèn)題還包括鋰離子吸收過(guò)程中硫陰極的膨脹，以及電池運(yùn)行過(guò)程中絕緣鋰硫物質(zhì)和鋰枝晶的形成。雖然已采用各種策略（例如陰極復(fù)合材料、電解質(zhì)添加劑和固態(tài)電解質(zhì)）來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)，但這些策略還涉及限制LSB進(jìn)一步發(fā)展的權(quán)衡和考慮。

近日，憑借高可設(shè)計(jì)性以及獨(dú)特的幾何和電子結(jié)構(gòu)，原子級(jí)精確的金屬納米團(tuán)簇（尺寸為1-3納米的金屬原子聚集體）在材料研究方面受到了相當(dāng)大的關(guān)注，包括LSB。然而雖然已經(jīng)提出了金屬納米團(tuán)簇的許多合適的應(yīng)用，但仍然沒(méi)有其實(shí)際應(yīng)用的例子。

據(jù)外媒報(bào)道，由東京理科大學(xué)（Tokyo University of Science，TUS）Yuichi Negishi教授領(lǐng)導(dǎo)的日本和中國(guó)研究團(tuán)隊(duì)利用鉑（Pt）摻雜金（Au）納米團(tuán)簇Au24Pt（PET）18（PET：苯乙硫醇，SCH2CH2Ph）的表面結(jié)合特性和氧化還原活性，以作為L(zhǎng)SB中的高效電催化劑。相關(guān)研究已發(fā)表于期刊《Small》。

圖片來(lái)源：東京理科大學(xué)

該研究由TUS助理教授Saikat Das與中國(guó)蘭州大學(xué)賀德衍教授和劉德全副教授共同撰寫(xiě)。研究人員制備了具有大比表面積、高孔隙率和導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)的Au24Pt（PET）18和石墨烯（G）納米片的復(fù)合材料，并利用它們開(kāi)發(fā)出一種電池隔膜，可加速LSB中的電化學(xué)動(dòng)力學(xué)。

Negishi教授表示：“使用基于A(yíng)u24Pt（PET）18@G的隔膜組裝的LSB可以阻止LiPS的穿梭，抑制鋰枝晶的形成，并提高硫的利用率，表現(xiàn)出優(yōu)異的容量和循環(huán)穩(wěn)定性?！?/p>

該電池在0.2 A g?1的第一次循環(huán)中表現(xiàn)出1535.4 mAh g?1的高可逆比容量，在5 A g?1時(shí)表現(xiàn)出887 mAh g?1的優(yōu)異倍率性能。此外，在5 A g?1下循環(huán)1000次后保留的容量為558.5 mA h g?1。

這些結(jié)果凸顯了在LSB中使用金屬納米團(tuán)簇的優(yōu)勢(shì)，包括提高能量密度、更長(zhǎng)的循環(huán)壽命、增強(qiáng)的安全特性以及減少LSB對(duì)環(huán)境的影響，使其更加環(huán)保，并且與其他儲(chǔ)能技術(shù)相比更具競(jìng)爭(zhēng)力。

Negishi教授表示：“具有金屬納米團(tuán)簇的LSB可能會(huì)在電動(dòng)汽車(chē)、便攜式電子產(chǎn)品、可再生能源存儲(chǔ)以及其他需要先進(jìn)儲(chǔ)能解決方案的行業(yè)中得到應(yīng)用。此外，這項(xiàng)研究預(yù)計(jì)將為具有更多新穎功能的全固態(tài)LSB鋪平道路?！?/p>

未來(lái)，新技術(shù)可能會(huì)帶來(lái)具有成本效益且更持久的能量存儲(chǔ)設(shè)備，從而有助于減少碳排放并支持可再生能源的采用，進(jìn)而促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展。