具有能量密度高、容量大、環(huán)保、廉價等特點的鋰硫電池被稱為是繼鋰離子電池之后下一代動力電池體系的發(fā)展方向。近日，西安交大化工學院李明濤課題組在影響鋰硫電池應(yīng)用的瓶頸問題上取得了突破，設(shè)計開發(fā)了一種具有二維結(jié)構(gòu)的石墨烯保護層正極材料，獲得了長循環(huán)壽命的鋰硫電池。

具體原理為，二維插層結(jié)構(gòu)的g-C3N4/石墨烯夾層，如同在電池正負極之間構(gòu)建了多層防鯊網(wǎng)，不僅能通過物理和化學雙重作用阻擋多硫化物在正負極之間穿梭，還能加快鋰離子的擴散，從而大大提升電池的循環(huán)壽命。在我國，鋰硫電池的開發(fā)相對較晚，仍處于實驗室研發(fā)階段，實際應(yīng)用非常少。

鋰硫電池充放電過程中間產(chǎn)物多硫化鋰的溶解引起穿梭效應(yīng)，也一直被視為限制其實際應(yīng)用的關(guān)鍵因素。曾任猛獅科技副總裁的李青海博士曾稱，多硫化物溶解穿梭是鋰硫電池最重要和最難解決的問題，相關(guān)的改進工作還處于起步階段，不過他看好鋰硫電池作為一種高能量密度二次電池，極具發(fā)展前景。對比當前主流的三元NCM鋰離子電池，擁有硫正極的電池理論比能量高達2600Wh/kg，是目前廣泛應(yīng)用的鋰離子電池的十倍以上。

除此之外，硫具有元素儲量豐富、成本低廉等優(yōu)點，一旦大規(guī)模應(yīng)用，將大大助推以鋰電池為動力的電動汽車價格下降。2016年國家發(fā)改委在《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃(2016-2030年)》中提出，要突破能量密度達到300Wh/kg的鋰硫電池技術(shù)。動力電池發(fā)展瓶頸被攻克比能量遠高于當前車用動力電池作為對比，目前已經(jīng)批量應(yīng)用的動力電池，根據(jù)2017年發(fā)布的《促進汽車動力電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動方案》，以及《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，單體比能量到2020年要達到300Wh/kg以上，到2025年要達到500Wh/kg。

鋰硫電池的理論能量密度超過500Wh/kg，因此被視為繼鋰離子電池之后下一代動力電池體系的發(fā)展方向。為解決鋰硫電池的實際應(yīng)用問題，包括中國科學技術(shù)大學錢逸泰院士團隊、華南理工大學王海輝團隊、中科院青島能源所先進儲能材料與技術(shù)研究組、中國廈門大學化學家NanfengZheng團隊以及上海交通大學王久林研究團隊均作出了相關(guān)的突破。盡管鋰硫電池在實現(xiàn)理想能量密度的過程中還存在一些問題，不過對于一些對于電池輕薄性有較高要求的應(yīng)用領(lǐng)域，例如對無人機、潛水艇、士兵背負的電源包等用途來說，由于重量比價格或者壽命更加重要，鋰硫電池已經(jīng)開始得到實際應(yīng)用。

位于英國的初創(chuàng)公司Oxis能源公司最新研發(fā)的鋰硫電池，和目前用于電動汽車的鋰離子電池相比，每公斤可儲存近兩倍的能量。不過，它們持續(xù)的時間不是很長，在約100次充放電循環(huán)后便會失靈。Oxis的小型試驗工廠以年產(chǎn)1萬~2萬節(jié)電池為目標。據(jù)稱這些電池會被封裝在手機大小的薄袋子中。