顛覆性改變？含Si-S的三維石墨烯改變了電池電位

材料牛注：當Si-S加入了石墨烯，它將不再是普通的石墨烯了，它成為了改變“游戲規則”的關鍵，想知道它是如果改變電池電位的嗎？下面就跟著北京航天航空大學研究團隊來了解吧。

石墨烯的新應用可能引發電池領域的大變革。中國的研究員們認為他們已經深刻了解了復雜多變的Li-S電池。北航的研究人員使用三維（3D）石墨烯搭建了Li-S電池構架，這種構架在陰極、陽極兩側都具有很高的、可實際使用的電勢。

化學家們早已知道，作為下一代的電池電解液，Li-S電池擁有很大的潛力，它不僅具有燃料電池（高能量密度）的優點，還具有普通電池（較高的自儲能）的優點。這使Li-S電池非常環保，同時還能降低生產制造的成本。現在的問題是聚合硫化物的溶解會使硫、鋰電池的陰極出現大量的材料損耗，而硫是絕緣體非導體，這個問題往往不能有效地解決。通過鋰電池復雜多樣的排列中硫的排列方式可以知道Li-S電池有很大的前景，只是由于一些嚴格的限制使Li-S電池還不能完全的商業化使用。

研究員們通過各種實驗控制鋰電池中硫的變化，他們通常會把目光集中在多孔碳（通常為活性炭）中大孔，中孔和微孔的影響上，從而形成碳-硫混合物。前人對這些方向都有過研究，但由于孔隙體積的限制從而限制了它們的可行性。類似地，硫共聚物也是一個很有前景的電池研究方向，但存在導電率方面的問題。

同樣，在電池的陽極側，在正常的電池使用周期內，鋰金屬陽極與常用的有機電解質反應形成鋰枝晶，這樣會使電池的使用壽命較短，但研究人員已經找到很多辦法可降低它的影響。雖然Li-S電池已經被廣泛研究，但仍處于起步階段。北京的研究小組認為，通過三維石墨烯分別控制陰極的鋰硫混合物和陽極的鋰化硅可以克服這些問題。

論文提到：“一個完整的鋰硅-硫電池擁有620 mAh g^-1的高穩定可逆容量（基于陰陽極總質量）、良好的高倍率性能，超高能量密度（1147 Wh kg^?1，基于陰極和陽極的總質量）和優異的循環性能（每循環超500個周期就會損失0.028%的電池容量）。”

循環周期過程中的損耗是唯一應該考慮的問題。雖然0.028%聽起來好像不多，但如果超過500次循環后就會損耗15％左右的電量。在汽車或網格存儲中，這是絕對不可接受；但對于小型電子產品和小工具，這些損失卻可以接受。通過一些微調可以降低能量損耗，從而使電池降低生產成本和提高無限擴展性。

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

本文由編輯部糯米提供素材，姜美榮編譯，李銳審核。