瑞典查爾默斯理工大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種獨立還原性氧化石墨烯氣凝膠(r-GO)，可作為催化劑鋰硫電池中硫的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)的支撐電極。

介孔基質(zhì)由r-GO層構(gòu)成，為電化學(xué)反應(yīng)提供場所，為電子提供高導(dǎo)電通路。高孔結(jié)構(gòu)很容易被通道溶溶液滲透，使硫活性物質(zhì)在導(dǎo)電石墨烯基體中均勻分布，并確保有效的電化學(xué)反應(yīng)。這是由高容量3.4毫安時cm-2-在高質(zhì)量負(fù)載-3.2mgcm-2的陰極硫-和總硫負(fù)載在Li-S電池是甚至兩倍(6.4mgcm-2)。

氧化石墨烯氣凝膠幫助鋰硫電池獲得新的能量密度

石墨烯氣凝膠具有高孔隙率的特性，可以充分吸收硫，從而使catholyte的概念物有所值。

此外，氧基的存在在r-GO氣凝膠結(jié)構(gòu)中穩(wěn)定了循環(huán)性能，而使用無氟catholyte的Li-S細(xì)胞在350個循環(huán)后的容量保持率為85%。一篇關(guān)于他們工作的論文發(fā)表在《電源雜志》上。傳統(tǒng)的鋰離子電池由四個部分組成:兩個表面涂有活性物質(zhì)的支撐電極;電解質(zhì);以及作為物理屏障的分離器，它在允許離子轉(zhuǎn)移的同時防止兩個電極之間的接觸。

研究人員之前曾嘗試將陰極和電解質(zhì)結(jié)合成一種液體-一種電解質(zhì)。這一概念可以幫助電池減輕重量，并提供更快的充電速度和更好的供電能力。現(xiàn)在，隨著石墨烯氣凝膠的發(fā)展，這一概念已被證明是可行的，并提供了有希望的結(jié)果。

拿一個標(biāo)準(zhǔn)的硬幣電池盒，研究人員首先插入一層薄薄的多孔石墨烯氣凝膠。然后，一種富含硫的溶液——電解質(zhì)——被添加到電池中。高度多孔的氣凝膠作為支撐，像海綿一樣吸收溶液。

石墨烯氣凝膠的多孔結(jié)構(gòu)是關(guān)鍵。它吸收了大量的瀉鹽，給你足夠高的硫負(fù)荷，使瀉鹽的概念值得。這種半液態(tài)的瀉藥在這里是必不可少的。它允許硫在沒有任何損失的情況下來回循環(huán)。它不是通過溶解而丟失的，因為它已經(jīng)溶解在catholyte溶液中了。

為了使電解液發(fā)揮其電解質(zhì)的作用，還在分離器中加入了部分電解質(zhì)溶液。這也最大限度地提高了電池的硫含量。

新設(shè)計避免了鋰硫電池降解的兩個主要問題:一是硫溶解到電解質(zhì)中并丟失，二是硫分子從陰極遷移到陽極的穿梭效應(yīng)。在這種設(shè)計中，可以顯著減少這些不希望出現(xiàn)的問題。然而，研究人員指出，這項技術(shù)要充分發(fā)揮市場潛力還有很長的路要走。由于這些電池是以一種與大多數(shù)普通電池不同的方式生產(chǎn)的，因此需要開發(fā)新的制造工藝，使它們在商業(yè)上可行。