化学家更接近新一代电动车电池

超薄纳米材料是滑铁卢科学家的重大突破的核心，他们正在全球范围内为电动汽车发明更便宜，更轻，更强大的可充电电池。

化学教授Linda Nazar和她在滑铁卢大学理学院的研究团队在最近一期Nature Communications上宣布了锂硫电池技术的突破。

他们发现了一种维持可充电硫阴极的材料有助于克服构建锂硫(Li-S)电池的主要障碍。理论上，这种电池可以为电动汽车提供三倍于相同重量的现有锂离子电池 - 成本更低。

“这是向前迈出的重要一步，使锂硫电池更接近现实，”纳扎尔说。

Nazar的团队以其2009年自然材料论文而闻名，该论文展示了使用纳米材料的Li-S电池的可行性。理论上，硫可以在当前的锂离子电池中为锂钴氧化物提供竞争性的阴极材料。硫作为电池材料非常丰富，相对较轻且非常便宜。

不幸的是，硫阴极仅在几个循环后就会自行排出，因为硫会溶解到电解质溶液中，因为它被进入的电子还原形成多硫化物。

Nazar的小组最初认为多孔碳或石墨烯可以通过物理捕获它们来稳定多硫化物。但出乎意料的是，他们发现金属氧化物可能是关键。他们最初的金属氧化钛工作于8月早些时候在Nature Communications上发表。

虽然研究人员从那时起发现二氧化锰纳米片(MnO2)的效果甚至优于钛氧化物，但本文的主要目的是阐明其工作机理。

“在你开发新的先进材料之前，你必须专注于对这种现象的基本理解，”纳扎尔说。

他们发现，超薄MnO2纳米片的氧化表面通过两步法化学回收硫化物，包括表面结合的中间体聚硫代硫酸盐。结果是一个高性能阴极，可以充电超过2000次循环。

表面反应类似于1845年德国硫化学黄金时代发现的Wackenroder溶液背后的化学过程。

“很少有研究人员研究甚至教授硫化学，”纳扎尔说。“具有讽刺意味的是，我们不得不回顾文献中的内容，以了解可能从根本上改变我们未来的事情。”

第一作者，研究生Connor Hart和Quan Pang博士后研究员肖亮也发现，氧化石墨烯似乎可以通过类似的机制起作用。他们目前正在调查其他氧化物，以找到最好的硫保留材料。

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