锂硫電(diàn)池便宜、重量(liàng)輕(qīng)，而(ér)且(qiě)在(zài)相同質(zhì)量(liàng)条(tiáo)件(jiàn)下能(néng)多(duō)儲蓄近(jìn)1倍的(de)能(néng)量(liàng)，这(zhè)些優點(diǎn)原本(běn)使它成(chéng)为替代(dài)電(diàn)动汽車中(zhōng)普通(tòng)锂離子電(diàn)池最(zuì)具前(qián)景的(de)候選者(zhě)。但是(shì)，随着时(shí)間(jiān)的(de)推移，锂硫電(diàn)池變(biàn)得不(bù)穩定(dìng)，電(diàn)极(jí)變(biàn)差，限制了其(qí)廣泛采用(yòng)。

　　近(jìn)期(qī)，由(yóu)美(měi)国能(néng)源部(bù) Lawrence Berkeley 国家(jiā)實(shí)验(yàn)室(shì)科學(xué)家(jiā)所(suǒ)领導的(de)研究小組發(fà)現(xiàn)，經(jīng)过專业電(diàn)池檢測設备測試，新(xīn)型锂硫電(diàn)池組件(jiàn)比傳統锂硫電(diàn)池的(de)容量(liàng)翻了1倍，並(bìng)在(zài)高(gāo)電(diàn)流密度下的(de)充電(diàn)周期(qī)超过100次(cì)，这(zhè)是(shì)電(diàn)动汽車(EV)和(hé)航空(kōng)领域采用(yòng)的(de)關(guān)鍵性(xìng)能(néng)指标(biāo)。他(tā)们通(tòng)过設計(jì)一(yī)種(zhǒng)新(xīn)聚合物(wù)粘結劑来(lái)積极(jí)調节(jié)锂硫電(diàn)池中(zhōng)的(de)關(guān)鍵離子傳输过程，並(bìng)展(zhǎn)示了它在(zài)分(fēn)子水(shuǐ)平上(shàng)如(rú)何發(fà)揮作用(yòng)。

　　Lawrence Berkeley 實(shí)验(yàn)室(shì)分(fēn)子鑄造研究所(suǒ)的(de)科學(xué)家(jiā)Brett Helms说(shuō)：“新(xīn)聚合物(wù)就(jiù)像一(yī)面(miàn)牆(qiáng)。硫磺負载(zài)在(zài)碳主(zhǔ)體(tǐ)的(de)孔隙中(zhōng)，然後(hòu)由(yóu)聚合物(wù)密封(fēng)，由(yóu)于(yú)硫磺參與(yǔ)電(diàn)池的(de)化(huà)學(xué)反(fǎn)应，聚合物(wù)阻止带負電(diàn)荷硫化(huà)合物(wù)遊離出(chū)去(qù)，進(jìn)而(ér)産生(shēng)了下一(yī)代(dài)電(diàn)动汽車”。

　　當锂硫電(diàn)池儲存和(hé)释放(fàng)能(néng)量(liàng)时(shí)，化(huà)學(xué)反(fǎn)应産生(shēng)可(kě)移动的(de)硫分(fēn)子，與(yǔ)電(diàn)极(jí)斷開(kāi)連(lián)接，導致(zhì)分(fēn)解(jiě)並(bìng)最(zuì)終(zhōng)降低(dī)電(diàn)池的(de)容量(liàng)。为了使这(zhè)些電(diàn)池更(gèng)加穩定(dìng)，研究人(rén)員一(yī)直(zhí)努力開(kāi)發(fà)用(yòng)于(yú)電(diàn)极(jí)的(de)保護塗层(céng)，並(bìng)且(qiě)開(kāi)發(fà)新(xīn)的(de)聚合物(wù)粘合劑将電(diàn)池組件(jiàn)粘合在(zài)一(yī)起(qǐ)。这(zhè)些傳統粘合劑旨在(zài)控制或(huò)減輕(qīng)電(diàn)极(jí)的(de)膨脹和(hé)開(kāi)裂，新(xīn)的(de)粘合劑則更(gèng)進(jìn)一(yī)步。来(lái)自(zì) Lawrence Berkeley 實(shí)验(yàn)室(shì)分(fēn)子鑄造研究中(zhōng)心(xīn)的(de)研究人(rén)員設計(jì)了一(yī)種(zhǒng)聚合物(wù)，通(tòng)过選擇性(xìng)地(dì)結合硫分(fēn)子，将硫保持(chí)在(zài)靠近(jìn)電(diàn)极(jí)的(de)位(wèi)置，抵消其(qí)遷移的(de)傾向(xiàng)。

　　下一(yī)步是(shì)了解(jiě)在(zài)充電(diàn)和(hé)放(fàng)電(diàn)过程中(zhōng)以及(jí)在(zài)不(bù)同充電(diàn)狀态下可(kě)能(néng)發(fà)生(shēng)的(de)动态結構變(biàn)化(huà)，指導鑄造理(lǐ)論設施的(de)David Prendergast和(hé)理(lǐ)論設施項目的(de)科學(xué)家(jiā)Tod Pascal建立了一(yī)个(gè)模拟測試聚合物(wù)行为的(de)假設。Prendergast说(shuō)：“我(wǒ)们現(xiàn)在(zài)可(kě)以可(kě)靠而(ér)高(gāo)效地(dì)对(duì)这(zhè)些粘合劑中(zhōng)的(de)硫化(huà)學(xué)進(jìn)行建模，基于(yú)從溶解(jiě)的(de)含硫産品詳细(xì)量(liàng)子力學(xué)模拟。

　　他(tā)们在(zài) Lawrence Berkeley 實(shí)验(yàn)室(shì)的(de)国家(jiā)能(néng)源研究科學(xué)計(jì)算中(zhōng)心(xīn)(NERSC)的(de)超級計(jì)算資源上(shàng)進(jìn)行的(de)大(dà)規模分(fēn)子动力學(xué)模拟證實(shí)，該聚合物(wù)具有結合移动硫分(fēn)子的(de)親和(hé)力，並(bìng)且(qiě)還(huán)预測該聚合物(wù)可(kě)用(yòng)于(yú)在(zài)電(diàn)池的(de)不(bù)同充電(diàn)狀态下結合不(bù)同的(de)硫物(wù)質(zhì)。利用(yòng) Lawrence Berkeley 實(shí)验(yàn)室(shì)的(de)高(gāo)級光(guāng)源和(hé)阿貢国家(jiā)實(shí)验(yàn)室(shì)的(de)電(diàn)化(huà)學(xué)實(shí)验(yàn)室(shì)進(jìn)行的(de)實(shí)验(yàn)證實(shí)了这(zhè)些预測。

　　研究小組進(jìn)一(yī)步研究了新(xīn)型聚合物(wù)粘合劑制备的(de)锂硫電(diàn)池的(de)性(xìng)能(néng)。通(tòng)过一(yī)系(xì)列實(shí)验(yàn)，他(tā)们能(néng)够分(fēn)析和(hé)量(liàng)化(huà)聚合物(wù)如(rú)何影響硫陰极(jí)中(zhōng)的(de)化(huà)學(xué)反(fǎn)应速率，这(zhè)是(shì)實(shí)現(xiàn)这(zhè)些電(diàn)池的(de)高(gāo)電(diàn)流密度和(hé)高(gāo)功率的(de)關(guān)鍵。通(tòng)过长期(qī)循环(huán)使電(diàn)池的(de)電(diàn)容量(liàng)增加近(jìn)一(yī)倍，新(xīn)型聚合物(wù)提(tí)高(gāo)了锂硫電(diàn)池的(de)容量(liàng)和(hé)功率。美(měi)国能(néng)源部(bù)能(néng)源儲存研究聯合中(zhōng)心(xīn)(JCESR)对(duì)新(xīn)型聚合物(wù)的(de)合成(chéng)，理(lǐ)論和(hé)特性(xìng)的(de)綜合理(lǐ)解(jiě)使其(qí)成(chéng)为原型锂硫電(diàn)池的(de)關(guān)鍵組成(chéng)部(bù)分(fēn)。