颠覆性改变？含Si-S的三维石墨烯改变了电池电位

材料牛注：当Si-S加入了石墨烯，它将不再是普通的石墨烯了，它成为了改变“游戏规则”的关键，想知道它是如果改变电池电位的吗？下面就跟着北京航天航空大学研究团队来了解吧。

石墨烯的新应用可能引发电池领域的大变革。中国的研究员们认为他们已经深刻了解了复杂多变的Li-S电池。北航的研究人员使用三维（3D）石墨烯搭建了Li-S电池构架，这种构架在阴极、阳极两侧都具有很高的、可实际使用的电势。

化学家们早已知道，作为下一代的电池电解液，Li-S电池拥有很大的潜力，它不仅具有燃料电池（高能量密度）的优点，还具有普通电池（较高的自储能）的优点。这使Li-S电池非常环保，同时还能降低生产制造的成本。现在的问题是聚合硫化物的溶解会使硫、锂电池的阴极出现大量的材料损耗，而硫是绝缘体非导体，这个问题往往不能有效地解决。通过锂电池复杂多样的排列中硫的排列方式可以知道Li-S电池有很大的前景，只是由于一些严格的限制使Li-S电池还不能完全的商业化使用。

研究员们通过各种实验控制锂电池中硫的变化，他们通常会把目光集中在多孔碳（通常为活性炭）中大孔，中孔和微孔的影响上，从而形成碳-硫混合物。前人对这些方向都有过研究，但由于孔隙体积的限制从而限制了它们的可行性。类似地，硫共聚物也是一个很有前景的电池研究方向，但存在导电率方面的问题。

同样，在电池的阳极侧，在正常的电池使用周期内，锂金属阳极与常用的有机电解质反应形成锂枝晶，这样会使电池的使用寿命较短，但研究人员已经找到很多办法可降低它的影响。虽然Li-S电池已经被广泛研究，但仍处于起步阶段。北京的研究小组认为，通过三维石墨烯分别控制阴极的锂硫混合物和阳极的锂化硅可以克服这些问题。

论文提到：“一个完整的锂硅-硫电池拥有620 mAh g^-1的高稳定可逆容量（基于阴阳极总质量）、良好的高倍率性能，超高能量密度（1147 Wh kg⁻¹，基于阴极和阳极的总质量）和优异的循环性能（每循环超500个周期就会损失0.028%的电池容量）。”

循环周期过程中的损耗是唯一应该考虑的问题。虽然0.028%听起来好像不多，但如果超过500次循环后就会损耗15％左右的电量。在汽车或网格存储中，这是绝对不可接受；但对于小型电子产品和小工具，这些损失却可以接受。通过一些微调可以降低能量损耗，从而使电池降低生产成本和提高无限扩展性。

Adding silicon-sulfur into 3D graphene makes for game-changing battery potential

本文由编辑部糯米提供素材，姜美荣编译，李锐审核。