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此图显示了锂硫电池在放电过程中的情况。科学家们能够观察到某种类型的电解质材料如何减少损害电池性能的多硫化物化合物（显示为黄色和蓝色链）的穿梭。信用：维基百科/知识共享

锂离子电池是消费电子产品和电动汽车中的主要电池。如今，科学家们正在寻找新的化学物质，这些化学物质可以提高电池的能量密度和性能，而不仅仅是传统的锂离子电池。

与传统的石墨/金属氧化物锂离子电池相比，锂硫电池可以提供更高的能量密度和更低的成本。然而，它的性能经常受到电池内部发生的寄生反应的影响，这种寄生反应阻碍了电池的高效循环。

现在，在一项新的研究中，美国能源部阿贡国家实验室的科学家们发现了某种类型的电解质材料如何降低这种反应的频率，可能为更有效的锂硫电池铺平道路。

锂硫电池充电时，经常会发生一种不可避免的副反应，称为多硫化锂穿梭。当电池充电时，锂硫化物在阴极上转化为硫，但一些未完全氧化的锂硫化合物可以从阴极溶解到电解液中，电解液是电池的液体区域，将两个电极分开。

此时，锂硫化合物会扩散，在阳极上还原，在阴极上氧化。这个过程可以反复重复，浪费电池的电量而不让它工作。

“使用多硫化物航天飞机，除了加热电池外，你从电池中什么也得不到，”该研究的作者、阿贡化学家徐志祥说。“从电化学的角度来说，这就像是试图从纽约飞到洛杉矶，但却在芝加哥和丹佛之间来回奔波。”

引发多硫化物穿梭的很大一部分原因是，多硫化物能够很容易地溶解在电解液中，电解液中含有二氧环烷（DOL）和二甲氧基乙烷（DME）两种化合物的溶剂混合物。“我们需要同时解决两个问题，即低溶解度和高导电性，”苏说。“通过实现这两个目标，我们可以让这些电池更接近现实。”

苏说，在过去五年左右的时间里，一种新型电解质材料的开发可以解决这两个问题。这种被称为氢氟醚（HFE）的材料在保持良好导电性的同时，溶解能力要低得多。“锂到达阳极的第一步是将其溶解在电解液中，”他说。“就像水是食盐的很好溶剂一样，二甲醚也是锂的很好溶剂。但对于HFEs来说，这就像试图将盐溶解在汽油中一样。”

虽然HFEs的这一一般性质已经知道好几年了，但苏和他的同事们已经提出了一种预测这类分子溶解行为和导电性的一般方法。首先，他们根据化学结构将其分为三种类型。在测量电解质的性能时，研究人员注意到了一个重要的权衡：那些表现出最低溶解行为和最少聚硫穿梭量的化学制品的导电性也较低。

“这表明锂硫电池还没有灵丹妙药，我们仍然需要继续寻找方法来改进我们现有的化学物质，”苏说。

一篇基于该研究的论文《氢氟醚电解质共溶剂的选择规则：在锂硫电池中建立线性自由能关系》发表在5月13日的《Angewandte Chemie》杂志上。

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