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鋰離子電池（LIBs）無疑是目前幾乎所有便攜式電子設備、電動汽車、甚至大型固定式儲能設備中的主力軍。鑒于LIB所面臨的困境，出現了一個大問題，即哪種電池將是”LIBs”的選擇。在領跑者中，鋰硫電池（LSBs）由于其固有的高能量密度和極低的成本而被廣泛地追求。盡管在過去的十年中，在實驗室規模的硫化學和電池性能方面取得了穩定、甚至令人激動的進展，但主要的瓶頸之一是LIB循環性。

新加坡國立大學John Wang、同濟大學潘爭輝等研究了LSB所面臨的關鍵挑戰和機遇，以及在材料、電極/電解質和電池集成層面上可以采取的方法，以使LSB在追求”超越LIBs”的過程中從一個排頭兵變成一個真正的領先者。雖然關鍵的新機理見解非常重要，但作者提出了一套液態和固態LSB的近期研究方向，目前正在進行的液態和固態LSB的平行研究將在此匯聚。在未來十年LSBs的預期商業化過程中，”液態現狀”將逐漸被”固態未來”所取代。

圖1. 硫化學和路線圖

遲緩的多硫化物反應動力學、惰性電子/離子特性、多個固/液轉換反應的動態挑戰以及多硫化物穿梭被認為是LSBs路線圖中的基本挑戰，因此需要采取系統的方法來探索有效的策略。通過在不同固/液反應中與不同硫物種結合的異步轉換介體的新設計，連續分步的介體氧化還原轉換是促進多步多硫化物轉換過程的一個有價值的方法。

此外，分步催化劑的概念也是對介體的良好補充，特別是在高硫負載條件下。考慮到催化過程中的動態表面重建，應該強調催化劑的穩定性。通過原位和/或實時表征技術跟蹤動態重建，以建立對催化活化深入機理的了解，將具有很大的價值。此外，與”高濃度”原則不同，這種”以空間換鹽”的新概念可以成為解決多硫化物穿梭問題的可行方法，即在溶劑化鞘上施加空間限制，以控制離子-溶劑復合體并去除自由溶劑分子。

圖2. 硫和鋰對實用鋰硫電池的挑戰

針對以LIBs為主的大規模實際應用，全固態LSBs是最終目標。然而，盡管目標很明確，但仍有幾個關鍵問題得到解決。在各種固態電解質中，軟硫化物和鹵化物基電解質因其易于制備和高性能而受到特別關注。

因此，應致力于探索大規模的空氣穩定合成工藝，以滿足商業應用的低成本期望。減薄電解質和增厚硫正極是最終推動能量密度超過800?Wh?kg^-1的有效途徑之一，其中在正極內建立快速的Li⁺/e^–傳輸“高速公路”是關鍵。在目前的狀態下，LSBs仍然是“未加工的鉆石”，但穩步發展最終將縮小學術研究與工業發展之間的差距，并使LSBs在不久的將來成為“超越LIBs”時代的領先者。

圖3. 鋰硫電池商業化發展的路線圖和指標

Will lithium-sulfur batteries be the next beyond-lithium ion batteries and even much better? InfoMat 2022. DOI: 10.1002/inf2.12359

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?InfoMat：鋰硫電池會成為下一個超越鋰離子電池，甚至更好的電池嗎？

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