鋰硫電池發展面對的問題

鋰-空電池的可行性，收集了這么多世紀的問題，可以說一直很困惑。看看鋰硫電池，負極選擇鋰金屬，正極選擇硫，硫容量非常高，達到1600毫安時/克，這就是我們研究它的原因。

但是鋰硫電池也有一些痛點，其中第一個痛點是電極循環不良。當硫電極放電時，硫化鋰不是直接出現，而是逐漸回收，同時出現硫化鋰中間產物;鋰多硫化物會溶解在電解液中，造成溶解和損失。一方面，溶解的多硫化鋰會分散到負極進行回收，然后氧化到正極，出現流化效應，導致庫侖功率低，自放電高。另一方面，在充電過程中，溶解的多硫化鋰也會優先堆積在陽極表面，由于外部孔的堵塞導致電極失活。因此，電極的循環功能很差。

現在，科學界的方法是利用多孔碳數據來阻擋和吸附多硫化物離子，減少其溶解和損失。這一策略在學術上似乎很有效，但實際應用卻很有限。兩者之間的重要差別是，實驗室的研究工作是基于小紐扣電池，電極很薄，硫負荷不高，總硫水平約為幾毫克;另一方面，實用電池有更高的硫含量(g)，更厚的電極和更高的單位硫負荷。

鋰硫電池的第二個問題是鋰陽極的充電，這也是在短時間內難以解決的問題。電化學反應是將幾個過程串聯起來所必需的。第一個過程是將反應從溶液體轉移到電極表面，稱為液相傳質。第二個過程是反應物在電極表面獲得或失去電子并形成產物的過程，稱為電化學反應物。哪個速度慢，電極響應由哪個過程控制。

鋰電極的電子交換過程非常快，所以液相轉移是其反應控制過程，即鋰離子從溶液體到電極表面的轉移相對緩慢。這導致了一些問題。在實際應用中，液相轉移受到對流的影響。只要有重力，就會有對流。在鋰離子生長快的地方，鋰離子之間的運輸間隔越短，鋰離子的積累速率越快，這就是鋰的樹突生長的原因。

當然，正極和負極之間的間距不同，電流分布也不同，這也是鋰枝晶生長的一個重要原因。顯然，這些因素在實際電池中是難以防止的，因此，由枝晶生長引起的充電問題并不是不可能的，但仍然很難找到有效的解決辦法。

第三個問題是鋰-硫電池的能量密度很低，可能只有磷酸鐵鋰的能量密度可以與之相比。因為硫是絕緣體，讓它導電，讓它回聲，讓它分散，所以要選擇很多高比表面積的碳，導致硫碳復合材料的數據密度很小;另外，硫的反應是先溶解后積累，所以在電極上要有大量的液相輸送通道。

但是現在大多數鋰硫電池的硫電極板都不能被壓制，鍍層的種類是什么，孔隙率是非常高的，所以它的體積能量密度是非常低的。關于汽車，尤其是乘用車，當能量密度達到一定值時，體積能量密度變得更加重要，因為乘用車沒有那么多的局部電池。所以從這個意義上講，至少在汽車動力領域，鋰硫電池是不被看好的。