日前，來自現(xiàn)代汽車公司的研究人員發(fā)現(xiàn)砜基電解質(zhì)可以有效提高鋰硫電池的容量和可逆容量保持率。在2014年美國汽車工程師協(xié)會世界大會中，現(xiàn)代汽車公司對以上新發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了詳細(xì)報道，與普通電解質(zhì)相比，通過采用砜基電解質(zhì)可以有效提高鋰硫電池容量，容量提升52.1%達(dá)到715毫安時/克；可逆容量保持率提高63.1%達(dá)到72.6%。

鋰硫電池作為能量密度超越鋰離子電池的新材料電池，其電池容量更大，配備了該電池的電動汽車純電動續(xù)航里程也將更遠(yuǎn)。鋰硫電池系統(tǒng)理論能量密度達(dá)到了2600瓦時/千克，但是其可逆容量保持率較低是其眾所周知的一大問題。同時，鋰硫電池還存在多硫化合物(PS)溶于電解液以及在放電過程中陰極上會產(chǎn)生固體硫化鋰和其他不溶性沉淀物等問題。

現(xiàn)代汽車公司研究人員Shin等人表示：“鋰硫電池反應(yīng)機(jī)理為，放電時負(fù)極金屬鋰失去電子變?yōu)殇囯x子，正極硫與鋰離子及電子反應(yīng)生成多硫化物(多硫化物PS為含多硫離子的化合物，其中具體反應(yīng)過程為S8→Li2S8→Li2S6→Li2S4→Li2S)，正極和負(fù)極反應(yīng)的電勢差即為鋰硫電池所提供的放電電壓。在外加電壓作用下，鋰硫電池的正極和負(fù)極反應(yīng)逆向進(jìn)行，即為充電過程，在充電過程中發(fā)生可逆反應(yīng)。在多硫化物的反應(yīng)過程中，Li2S6和Li2S4可以溶于電解質(zhì)中。在提高鋰硫電池硫利用率以提高電池可逆循環(huán)利用率方面，多硫化物起到了至關(guān)重要的作用。

醚型溶劑由于具有良好的多硫化物溶解性和較高的化學(xué)穩(wěn)定性，所以其被認(rèn)定為是鋰硫電池最佳的電解質(zhì)選擇。另外，溶解的多硫化物會引發(fā)氧化還原反應(yīng)，從而會降低電池庫倫效率，縮短可逆循環(huán)保持率，導(dǎo)致產(chǎn)生自放電現(xiàn)象。因此，此次研發(fā)工作主要目的就是開發(fā)一種全新的電解質(zhì)以降低氧化還原反應(yīng)提高電池的可逆循環(huán)保持率。

在現(xiàn)代汽車公司此次的研究過程中，研究人員采用了5組一元醚型電解質(zhì)(二甲醚DME、二乙二醇二甲醚DEGDME、三甘醇Triglyme、三甘醇二甲醚TEGDME和二氧六環(huán)DIOX)、1組二元醚型電解質(zhì)(三乙二醇二甲醚TEGDME和二氧六環(huán)DIOX混合物)以及3組三元醚型電解質(zhì)(混合比例分別為1：1：1、1：1：2和1：1：3的三乙二醇二甲醚TEGDME：二氧六環(huán)DIOX：環(huán)丁砜Sulfolane混合電解質(zhì))分別進(jìn)行了對比實驗。

現(xiàn)代汽車公司研究人員實驗中的鋰硫電池采用了硫陰極和鋰金屬箔陽極，同時在兩電極之間采用了聚乙烯隔膜。鋰硫電池電化學(xué)實驗是在20攝氏度室溫下進(jìn)行的，工作電壓被控制在了1.5伏-2.65伏之間。

在一元醚型電解質(zhì)實驗中，二甲醚DME電解質(zhì)系統(tǒng)具有最高的能量密度，達(dá)到了878毫安時/克；二乙二醇二甲醚DEGDME電解質(zhì)系統(tǒng)能量密度次之，也達(dá)到了857毫安時/克。然而，二甲醚DME電解質(zhì)系統(tǒng)在第6個工作循環(huán)后出現(xiàn)了非常明顯的電池容量衰減現(xiàn)象；而二乙二醇二甲醚DEGDME電解質(zhì)系統(tǒng)則在第2個工作循環(huán)后出現(xiàn)了非常明顯的電池容量衰減現(xiàn)象。二氧六環(huán)DIOX電解質(zhì)系統(tǒng)在第1個工作循環(huán)中能量密度達(dá)到了1040毫安時/克，而在第12個工作循環(huán)中能量密度迅速降到了640毫安時/克。二氧六環(huán)DIOX電解質(zhì)系統(tǒng)具有非常高的初始能量密度，然而，在第12個工作循環(huán)之后其能量密度也出現(xiàn)了非常明顯的電池容量衰減現(xiàn)象。三甘醇二甲醚TEGDME電解質(zhì)系統(tǒng)初始能量密度就較低，僅達(dá)到了200毫安時/克，但是在其之后的工作循環(huán)中并未出現(xiàn)明顯的電池容量衰減現(xiàn)象。