中國儲能網訊：最新研究表明，未來電池的充放電次數或將增加至少一倍。
據外媒12月15日消息，澳大利亞阿德萊德大學（University of Adelaide）的研究人員
近日在硫電池技術方面取得重大進展，相關研究成果發(fā)表在《自然-通訊》雜志上。
據該大學能源與催化材料中心主任喬世璋教授介紹，研究人員設計了一種全新的高效電極材料，來催化電池反應并提高金屬硫電池的耐用性。
他表示，金屬硫電池具有低成本和高能量密度的特點，是下一代儲能設備的主要選項之一。然而，該類電池的循環(huán)耐久性普遍較差，可以充電的次數有限。研究人員針對該問題進行了改進，他們所設計的新型硫金屬電池充放電次數可達10000次。
在相同重量的情況下，金屬硫電池存儲的能量可達目前一代鋰離子電池的2倍以上。其中，鈉硫電池的成本更是比鋰離子電池便宜數倍，使用的材料也具有環(huán)保性，未來可能成為電動汽車以及手機、筆記本電腦等電子產品供電的主流能源。
隨著能源轉型的加速，未來電池的需求量將不斷加大。該研究為新一代金屬硫電池的開發(fā)提供了新的可能性，有助于在確保能源安全可靠的同時，進一步降低能源成本。
“這些基礎研究進展將有助于提升高性能金屬硫電池的合理設計，并促進大規(guī)模儲能技術的發(fā)展?！眴淌黎邦A計，“在研究成果的支持下，金屬硫電池有望在5-10年內成為儲能行業(yè)的可行方法，無論是從技術上還是經濟上來看。”
金屬硫電池是一種以硫為正極、以金屬為負極的電池。而鈉硫電池（NaS）是金屬硫電池的一種，具有體積小、容量大、壽命長、效率高等特點。雖然目前的技術水平下，鈉硫電池能量密度只能達到150-240瓦時/千克，但理論上鈉硫電池能量密度最高可達760瓦時/千克。
根據新思界產業(yè)研究中心發(fā)布的《2021-2025年金屬硫電池行業(yè)深度市場調研及投資策略建議報告》顯示，由于金屬硫電池正極材料硫的理論比容量高，負極材料需要采用同樣高容量的金屬，主要有鋰、鈉、鋁、鎂等，電解液一般采用可良好溶解中間反應產物的醚類。
目前，學界對金屬硫化物電沉積和動力學機理的基本認識有限。硫陰極中的金屬硫化物電沉積緩解了多硫化物的穿梭效應，從而在二次金屬硫電池中實現高庫侖效率?；诖?，喬世璋教授研究團隊使用室溫鈉硫電池作為模型系統，提出了一種Mo5N6陰極材料，可以顯著催化硫化鈉（Na2S）電沉積，并提高鈉硫電池的性能。
Mo5N6、MoN和Mo2N的原子和電子結構表征與喬世璋團隊從陰極材料著手的研究方向不同，美國的一支研究團隊通過調整電解液的組成改善了鈉硫電池的性能，能在歷經300次充放電后保持性能穩(wěn)定。此前，美國科學家在《美國化學學會雜志》上發(fā)表論文稱，他們研制出了一種新式鈉硫電池。通過調整電解液的組成防止硫溶解，解決了鈉電池普遍面臨的穿梭和枝晶等問題，讓電池的壽命更長、安全性更高。
研究人員解釋稱，在以前的鈉硫電池電解液中，由硫形成的中間化合物會溶解在電解液中，并在電池內的兩個電極之間穿梭，導致材料損失、部件退化和枝晶形成。而他們調配的新電解液采用惰性（不參與化學反應）溶劑稀釋濃鹽溶液，從而使電解液保持“半溶解”狀態(tài)。
該研究負責人、美國得克薩斯大學奧斯汀分校材料研究所所長阿魯姆甘·曼提拉姆教授說：“鈉和硫含量豐富，對環(huán)境無害，而且成本更低，鈉硫電池堪稱一種‘夢想電池’。”
目前市面上主流的鋰離子電池正面臨原材料漲價、供應鏈不穩(wěn)定的瓶頸。其主要材料鋰和鈷不僅儲量短缺，而且開采過程會對環(huán)境產生一定的負面影響，包括使用大量地下水、污染土壤和水源、碳排放高等。而鈉硫電池的主要材料鈉和硫易得性更強，價格較低的同時也更環(huán)保。地球上鈉元素的含量是鋰元素的400多倍，且鈉離子可以從海洋中提取。如果未來鈉電池可以在一定程度上替代鋰電池，那么電動汽車及其他電子產品的價格都會顯著下降。
雖然鈉硫電池具有多方面的優(yōu)勢，但兩個明顯的缺陷阻礙了“夢想電池”走進現實。一方面，鈉硫電池的原材料易燃，存在安全隱患；另一方面，由于常溫下的硫導電性較差，導致其對使用環(huán)境的溫度要求苛刻。正因如此，研究能在室溫下工作的鈉電池一直是研究人員努力的方向。
目前，鈉硫電池的應用主要集中在固定場景下的儲能領域，包括削峰填谷、應急電源、風力發(fā)電等，全球已有上百座鈉硫電池儲能電站在運行。
