本文转自：环球Tech
据New Atlas报道 ， 锂硫电池的储能能力是目前锂离子解决方案的五倍 ， 研究人员对锂硫电池有着浓厚的兴趣 ， 密歇根大学的一个团队已经向实现其现实世界的潜力迈出了一步 。这一突破取决于一种自然启发的膜 ， 它克服了稳定性问题 ， 为电池提供了“近乎完美”的设计 ， 使其能够持续一千多次循环 。


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研究小组负责人尼 Nicholas Kotov说：“有许多报告声称锂硫电池有几百次循环 ， 但这是以牺牲其他参数--容量、充电率、复原力和安全性为代价实现的 。如今的挑战是制造一种电池 ， 将循环率从以前的10次循环提高到数百次循环 ， 并满足其他多种要求 ， 包括成本 。”
在接受这一挑战时 ， Kotov和他的同事们转向了芳纶纳米纤维 ， 这是凯夫拉纤维的纳米级版本 ， 并将其塑造成精心设计的网络 ， 模仿细胞膜的结构 。这种材料被注入了电解质凝胶 ， 并防止了电池故障的一个常见原因 ， 即在其中一个电极上形成了被称为枝晶的树枝状晶体的生长 。


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但是 ， 这种新型膜的好处还远不止这些 。随着锂硫电池的循环 ， 被称为锂多硫化物的锂和硫的小颗粒会流向锂并损害设备的容量 。该团队通过将微小的、生物启发的通道整合到其人工膜中并添加电荷来解决这个问题 ， 这将排斥这些颗粒 ， 同时允许带正电的锂离子自由流动 。
论文的共同第一作者Ahmet Emre说：“受生物离子通道的启发 ， 我们为锂离子设计了‘高速公路’ ， 多硫化锂不能通过‘收费站’ 。”
据Kotov说 ， 这种所谓的离子选择性的结果是一种具有“几乎完美”设计的锂硫电池 。他说该装置拥有接近理论极限的效率 ， 而容量是标准锂离子电池的五倍 。


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在具有快速充电技术的现实世界中 ， 科学家们预计该电池可以循环1000次 ， 这被认为是10年的寿命 。对该设备有利的另一个事实是 ， 与锂离子电池中使用的钴相比 ， 硫的来源更丰富 ， 问题更少 ， 而芳纶纤维可以从旧防弹背心中获取 ， 使其成为一个整体上更环保的主张 。Koto说：“这些电池的仿生工程整合了两个尺度--分子和纳米尺度 。我们第一次整合了细胞膜的离子选择性和软骨的韧性 。我们的综合系统方法使我们能够解决锂硫电池的首要挑战 。”
该研究发表在《自然通讯》杂志上 。
【科学家利用凯夫拉纤维改进锂硫电池 容量是普通锂离子电池的5倍】稿源：cnBeta

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