在能源部太平洋西北国家实验室开发的“混合”阳极可使锂硫电池的寿命延长四倍。NatureCommunications今天发表了一篇论文，描述了阳极的设计和性能。

“锂硫电池有朝一日可以帮助我们在更长的驱动器上使用电动汽车，并且可以更便宜地存储可再生风能，但是必须首先克服一些技术挑战，”该论文的通讯作者，人力资源开发实验室研究员刘军表示。“PNNL的新阳极设计正在帮助我们更接近当天。”

今天的电动汽车通常由可充电锂离子电池供电，锂离子电池也用于存储可再生能源。但锂离子电池的化学成分限制了它们可储存的能量。一个有希望的解决方案是锂硫电池，其每质量能量比锂离子电池多四倍。这将使电动车辆能够在一次充电时行驶更长时间并帮助存储更多可再生能源。然而，锂硫电池的不足之处在于它们的寿命要短得多，因为它们不能像锂离子电池那样多次充电。

大多数电池有两个电极：一个是带正电的，称为阴极，而第二个是负极，称为阳极。当电子流过连接两者的电线时会产生电流。同时，被称为离子的带电分子通过另一条路径从一个电极移动到另一个电极：电极所在的电解质溶液。

锂硫电池的主要障碍是不必要的副反应，缩短了电池寿命。不希望的行为开始于电池的含硫阴极，该阴极缓慢分解并形成称为多硫化物的分子，其溶解到电池的电解液中。溶解的硫最终发展成称为固态电解质界面层的薄膜。薄膜在含锂阳极的表面上形成，直到电池不能工作。

迄今为止，大多数锂硫电池的研究都集中在阻止阴极的硫泄漏。但PNNL研究人员确定停止泄漏可能特别具有挑战性。此外，最近的研究表明，具有溶解阴极的电池仍然可以工作。因此，PNNL团队通过在阳极上添加保护罩来专注于电池的另一面。

新型屏蔽由石墨制成，石墨是一种连接碳分子的薄基质，已用于锂离子电池阳极。在锂硫电池中，PNNL的石墨屏蔽将硫磺侧反应从阳极的锂表面移开，防止其生长衰弱的干扰层。研究人员将锂离子电池中的石墨与传统锂硫电池中的锂相结合，将其新阳极称为两者的混合物。

PNNL团队测试的新型阳极使锂硫电池系统的使用寿命延长了四倍。当配备常规阳极时，电池在大约100次充电和放电循环后停止工作。但是，当使用PNNL的混合阳极并在相同条件下进行测试时，该系统在400个循环后运行良好。

“硫仍然溶解在使用我们的混合阳极的锂硫电池中，但这并不重要，”刘说。“测试表明，具有混合阳极的电池可以成功地以高速率重复充电400次循环，电池的储能容量仅降低11%。”

这项以及大多数其他锂硫电池研究都是使用小型薄膜电池进行的，这些电池是实验室测试的理想选择。需要更大，更厚的电池来为电动汽车提供动力并储存可再生能源。Liu表示，采用更大电池系统的测试可以更好地评估PNNL新型混合阳极在实际应用中的性能。

该研究主要得到了能源部科学办公室(BES)的支持，得到了美国能源部高级研究计划局能源部和能源部能源效率和可再生能源办公室的额外支持。其中一些研究是在PNLL的DOE环境与分子科学实验室EMSL进行的。