日前，來(lái)自現(xiàn)代汽車公司的研究人員發(fā)現(xiàn)砜基電解質(zhì)可以有效提高鋰硫電池的容量和可逆容量保持率。在2014年美國(guó)汽車工程師協(xié)會(huì)世界大會(huì)中，現(xiàn)代汽車公司對(duì)以上新發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)報(bào)道，與普通電解質(zhì)相比，通過(guò)采用砜基電解質(zhì)可以有效提高鋰硫電池容量，容量提升52.1%達(dá)到715毫安時(shí)/克；可逆容量保持率提高63.1%達(dá)到72.6%。

鋰硫電池作為能量密度超越鋰離子電池的新材料電池，其電池容量更大，配備了該電池的電動(dòng)汽車純電動(dòng)續(xù)航里程也將更遠(yuǎn)。鋰硫電池系統(tǒng)理論能量密度達(dá)到了2600瓦時(shí)/千克，但是其可逆容量保持率較低是其眾所周知的一大問(wèn)題。同時(shí)，鋰硫電池還存在多硫化合物(PS)溶于電解液以及在放電過(guò)程中陰極上會(huì)產(chǎn)生固體硫化鋰和其他不溶性沉淀物等問(wèn)題。

現(xiàn)代汽車公司研究人員Shin等人表示：“鋰硫電池反應(yīng)機(jī)理為，放電時(shí)負(fù)極金屬鋰失去電子變?yōu)殇囯x子，正極硫與鋰離子及電子反應(yīng)生成多硫化物(多硫化物PS為含多硫離子的化合物，其中具體反應(yīng)過(guò)程為S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S)，正極和負(fù)極反應(yīng)的電勢(shì)差即為鋰硫電池所提供的放電電壓。在外加電壓作用下，鋰硫電池的正極和負(fù)極反應(yīng)逆向進(jìn)行，即為充電過(guò)程，在充電過(guò)程中發(fā)生可逆反應(yīng)。在多硫化物的反應(yīng)過(guò)程中，Li2S6和Li2S4可以溶于電解質(zhì)中。在提高鋰硫電池硫利用率以提高電池可逆循環(huán)利用率方面，多硫化物起到了至關(guān)重要的作用。

醚型溶劑由于具有良好的多硫化物溶解性和較高的化學(xué)穩(wěn)定性，所以其被認(rèn)定為是鋰硫電池最佳的電解質(zhì)選擇。另外，溶解的多硫化物會(huì)引發(fā)氧化還原反應(yīng)，從而會(huì)降低電池庫(kù)倫效率，縮短可逆循環(huán)保持率，導(dǎo)致產(chǎn)生自放電現(xiàn)象。因此，此次研發(fā)工作主要目的就是開(kāi)發(fā)一種全新的電解質(zhì)以降低氧化還原反應(yīng)提高電池的可逆循環(huán)保持率。

在現(xiàn)代汽車公司此次的研究過(guò)程中，研究人員采用了5組一元醚型電解質(zhì)(二甲醚DME、二乙二醇二甲醚DEGDME、三甘醇Triglyme、三甘醇二甲醚TEGDME和二氧六環(huán)DIOX)、1組二元醚型電解質(zhì)(三乙二醇二甲醚TEGDME和二氧六環(huán)DIOX混合物)以及3組三元醚型電解質(zhì)(混合比例分別為1：1：1、1：1：2和1：1：3的三乙二醇二甲醚TEGDME：二氧六環(huán)DIOX：環(huán)丁砜Sulfolane混合電解質(zhì))分別進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

現(xiàn)代汽車公司研究人員實(shí)驗(yàn)中的鋰硫電池采用了硫陰極和鋰金屬箔陽(yáng)極，同時(shí)在兩電極之間采用了聚乙烯隔膜。鋰硫電池電化學(xué)實(shí)驗(yàn)是在20攝氏度室溫下進(jìn)行的，工作電壓被控制在了1.5伏-2.65伏之間。

在一元醚型電解質(zhì)實(shí)驗(yàn)中，二甲醚DME電解質(zhì)系統(tǒng)具有最高的能量密度，達(dá)到了878毫安時(shí)/克；二乙二醇二甲醚DEGDME電解質(zhì)系統(tǒng)能量密度次之，也達(dá)到了857毫安時(shí)/克。然而，二甲醚DME電解質(zhì)系統(tǒng)在第6個(gè)工作循環(huán)后出現(xiàn)了非常明顯的電池容量衰減現(xiàn)象；而二乙二醇二甲醚DEGDME電解質(zhì)系統(tǒng)則在第2個(gè)工作循環(huán)后出現(xiàn)了非常明顯的電池容量衰減現(xiàn)象。二氧六環(huán)DIOX電解質(zhì)系統(tǒng)在第1個(gè)工作循環(huán)中能量密度達(dá)到了1040毫安時(shí)/克，而在第12個(gè)工作循環(huán)中能量密度迅速降到了640毫安時(shí)/克。二氧六環(huán)DIOX電解質(zhì)系統(tǒng)具有非常高的初始能量密度，然而，在第12個(gè)工作循環(huán)之后其能量密度也出現(xiàn)了非常明顯的電池容量衰減現(xiàn)象。三甘醇二甲醚TEGDME電解質(zhì)系統(tǒng)初始能量密度就較低，僅達(dá)到了200毫安時(shí)/克，但是在其之后的工作循環(huán)中并未出現(xiàn)明顯的電池容量衰減現(xiàn)象。