采用超导体可提高锂硫电池性能

新一代锂硫电池要比现有的锂离子电池具有更大的单位质量密度。由于化学过程过于复杂限制了其使用寿命，目前，研究人员发现，通过增加硼化镁超导体纳米颗粒，可对Li-S正极中的化学反应进行控制。

从理论上讲，锂硫电池有很多优点：按质量计算，锂硫电池的能量是传统锂离子技术的5倍左右；硫的储量丰富、价格低廉、重量轻；与其他电极材料相比，可容纳大量锂。但由于硫过于活泼，锂硫电池的化学反应比锂离子电池要复杂得多。当这些电池充放电时，参与副反应的硫形成了多硫化物的混合物，其中的多硫化物溶于电解质，由此硫就从正极转移到了负极。这种迁移意味着留在正极上的硫较少，而正极上的硫恰巧是容纳锂所必须的。这些多硫化物也是电绝缘的，并在负极表面形成一个涂层，使其性能下降。由于这些反应和迁移，锂硫电池在效率和耐用性上存在不足，还不能替代锂离子电池。

到目前为止，对于锂硫电池的这些缺陷，化学家们尚无完美的应对之策。通常Li-S正极材料最初采用碳和硫混合物。缓解多硫化物问题的一个策略是在混合物中添加固硫材料，让S元素尽量多地留在正极上。但是，这些材料也会抑制正极性能，降低其电导率。MgB2作为一种可能的控硫物，几年前引起了Nazar实验室的注意。他们希冀MgB2像其他添加物一样与多硫化物结合，不降低电池性能也不会妨碍电子的流动。这是因为在低温下它是一种轻量化的超导体，并且在室温下具有很强的导电性。

Nazar实验室的Quanquan Pang利用气-固反应找到了制备MgB2纳米颗粒的方法，即采用硼-碳混合物与镁小球混合后加热。通过探索这种材料的化学特性，发现颗粒表面的镁和硼都能与硫结合并将其固定。此外，这两种元素并不会对锂产生任何束缚作用。这很重要，因为其他锂-硫电极添加剂会与锂发生相互作用或与锂结合，从而妨碍了锂循环并降低电池效率。MgB2纳米粒子的直径约为100 nm，非常密实，这意味着电极可以做得相对紧凑，考虑到这种电池可能应用于有空间限制的无人机或电动汽车上，这是一个关键因素。

研究人员又将石墨烯与硫混合作正极，以锂-金属作负极，与电解质组成电池，其电流输出效率比Li-S/C电池提高14%，并可稳定地充放电100次。