导语

充一次电竟然可以跑4000公里，这项研究成果太令人惊艳了。

不过，这并不是特斯拉汽车的某项黑科技，而是加拿大西安大略大学的一项研究成果。

这项研究是最新突破，全固态锂硫电池技术，比能量高到离谱，而且充电一次，续航比特斯拉都要高十倍。

全固态锂硫电池到底是什么?

充一次电能跑4000公里又是怎样实现?

这项研究成果又有哪些优势和挑战?

下面就跟随小编打开科学的大门，了解这项研究背后的故事。

全固态锂硫电池新研究。

关于全固态锂硫电池的研发，其实从2006年就开始了，当时美国有公司宣称利用氨硫化锂可以作为电解质，并且使其作为比较新的固态锂硫电池。

但是，这一消息并没有在学术界引起太大的反响，直到2014年，推出中国版的固态硫锂电池，并且这款电池在能量密度上要比锂离子电池高出很多。

哈工大和清华大学的研究专家，对固态锂硫电池进行了探索，而且目前正在申请全固态锂电池的相关专利。

结果也不出所料，这项技术引起国际科研机构广泛关注，而近日，加拿大西安大略大学的一项研究成果，又引起中国科学家的重视。

这项研究表明，全固态锂硫电池的比能量可以提升至2600Wh/kg，甚至超过特斯拉轿车。

众所周知，现在的特斯拉Model 3比能量是261Wh/kg，这种配置的轿车续航能力可以跑400公里左右，而只需要充电一次续航接近4000公里的全固态锂硫电池是如何做到的?

全固态锂硫电池的优越性。

与现在常见的锂离子电池相比，最新型的全固态锂硫电池在技术上存在哪些优越性?

在2500Wh/kg能量密度下，传统的锂离子电池是极有可能出现问题的，因为正极和负极物质之间会很难压实。

这种压实后导致体积缩小的问题，会对电解液形成阻碍，而这种阻碍会直接影响到续航能力，所以传统锂离子电池的能量密度很难再上升。

此外，全固态硫正极是全国外物研究院在2017年首次提出的一种新型材料，采用两种物质混合，可以作为固体电解质材料使用。

而且这种材料其实是二氧化硫分子的混合物，正如其名当混合物与Li2S反应后，会形成Li2Sx，其中x的值大于1。

而推广应用这种物质存在较大的优势与挑战，首先是存在材料混合比例的挑战，其次是Li2Sx中的x的具体值也将会影响电池最终释放出来的能量。

所以，对于x这个值的具体数值，需要进行探索，目前来说，该研究团队已经探索出x=1.5时，可以释放出2600Wh/kg能量。

释放出来的能量还是比较稳定，以及对于外界环境变化有一定号抗干扰性，但是其循环稳定性还需要进行完善。

为了克服这一挑战，研究团队引入了一个新颖的设计，即将新的硫材料和新开发而成的平台电解质材料进行混合，可以提升固体锂电池性能。

通过这个平台材料设计，在放电过程中生成的一种物质Li2Sx和Li2S之间产生混合反应，形成Li2S和Li2S2两种物质，其中Li2S是一种比较稳定的化合物。

全固态锂硫电池命门。

尽管Li2S是一种非常稳定化合物，但是该研究团队使用显示，在1000mA/g的倍率（充放电速度）下，其循环衰减率逐渐提升。

并且对于这种暴增幅度，其实在测试中并没有体现出来，这就需要将1000mA/g的放大倍率降低到500mA/g，甚至更低，才能够得到真实情况。

很快，该研究团队对这款新型正极材料进行了性能测试，并显示出其容量和循环寿命方面都有显著提高。

从数据上看，比能量为2600Wh/kg的全固态锂硫电池在放电100周期时，容量衰减只有18%时，这款新型正极材料经过测试显示，其衰减率几乎没有变化，在1500个循环周期中几乎没有衰减。

此外，该材料显示出比能量为1000Wh/kg，全固态硫正极，容量衰减只有6%时，其新型正极材料也没有衰减。

这说明该团队使用的新策略有效地提高了电池的放电能力，也提高了全固态锂硫电池循环寿命，对该领域的发展非常具有推动意义。

除了新型材料方面，还获悉该研究成果中提到采用某种方式，可以使Li2S与Li2Sx转变为氮化亚镓(GaN)活性较高的催化剂，从而使反应发生更快，提高反应速度，并使反应产生更多Li2Sx，进而提高其比能量。

另外一个获得的新发现就是，在处于固定电势下将Li2S转变为Li2Sx，通过改变其施加时间等参数，可以提高反应速率，并生成更多的中间产物，从而提高反应效率这一新的证据，也深深吸引了各方的目光。

结语

全固态锂硫电池或将重塑电动汽车市场，因为它们不仅具有更高的能量密度，还更加安全，因此一旦商业化，将促进发展并使汽车行业进入新纪元。

然而，实现这一目标还有一些技术挑战需要克服，但研究人员相信，这一技术可能在未来5到10年内进入市场。

尽管还面临着许多挑战，但它无疑是一项具有巨大潜力和前景的技术，尤其是在航空领域，将会迎来更多的发展。