用硫磺制成的电池可能更便宜，更绿色并且可以容纳更多能量

 
锂离子电池改变了世界。如果无法以可充电的便携式格式存储大量能量，那么我们将没有智能手机或其他个人电子设备。该技术的先驱者荣获了2019年诺贝尔化学奖。
但是，随着社会远离化石燃料，我们将需要更激进的新技术来存储能量，以支持可再生能源发电，电动汽车和其他需求。
一种这样的技术可能是锂硫电池：它们存储的能量比锂离子表亲多得多，理论上，给定重量的能量是其六倍。更重要的是，它们可以由世界各地现成的廉价材料制成。
到目前为止，锂硫电池还不切实际。它们的化学性质使它们能够存储太多的能量，从而使电池在压力下物理破裂。
但是，我和我的同事为这些电池设计了一种新设计，使它们可以充电和放电数百次而不会发生故障。我们希望在未来2-4年内准备好商用产品。
硫有什么好处?
锂离子电池需要稀土，镍和钴等矿物来制造正极。这些金属的供应有限，价格上涨，其开采往往具有巨大的社会和环境成本。
业内人士甚至预测，在不久的将来，可能最早在2022年，这些关键材料就会严重短缺。
相反，硫是相对普遍且便宜的。硫是地球上第16最丰富的元素，矿工每年生产约7,000万吨。如果我们希望电池被广泛使用，这使其成为电池的理想成分。
此外，锂硫电池依赖于另一种化学反应，这意味着它们的储能能力(称为“比容量”)远大于锂离子电池的储能能力。
大容量带来很大压力
如果需求超出了他们的承受能力，面对艰巨工作的人可能会感到压力，从而导致生产力或绩效下降。同样，要求存储大量能量的电池电极可能会承受更大的压力。
在锂硫电池中，当带正电的锂离子被与聚合物粘合剂保持在一起的碳基质中的硫颗粒制成的电极吸收时，能量被存储。高存储容量意味着在充满电时，电极膨胀到几乎是其尺寸的两倍。
随着电池充放电，膨胀和收缩的循环导致颗粒内聚力的逐渐丧失以及碳基质和聚合物粘合剂的永久变形。
碳基质是电池的重要组成部分，可将电子传递到绝缘硫，聚合物将硫和碳粘合在一起。当它们变形时，电子在电极上移动的路径(实际上是电线)会被破坏，电池的性能会很快下降。
给粒子一些呼吸的空间
生产电池的常规方法会在电极的大部分区域上形成连续密集的粘合剂网络，而不会留出太多的自由移动空间。
常规方法适用于锂离子电池，但是对于硫，我们必须开发一种新技术。
为了确保我们的电池易于制造且便宜，我们使用与粘结剂相同的材料，但处理方式略有不同。结果是一个类似网状的粘合剂网络，该网络将颗粒保持在一起，但还留出了足够的空间来扩展材料。
这些耐膨胀电极可以有效地适应循环应力，从而使硫颗粒能够发挥其全部储能能力。
我们什么时候可以看到工作的硫磺电池?
我的同事Mainak Majumder和Matthew Hill有着将实验室规模的发现转化为实际工业应用的悠久历史，我们的多学科团队拥有从材料合成和功能化到设计和原型制作，以及在电网和电动汽车中的设备实现方面的专业知识。
这些电池中的另一个关键成分当然是锂。鉴于澳大利亚是全球领先的生产国，我们认为在这里生产电池是很自然的选择。
我们希望在未来2-4年内准备好商用产品。我们正在与行业合作伙伴合作以扩大突破，并希望开发用于商业级生产的生产线。
进一步探索：在电极设计中使用高能量密度材料可增强锂硫电池