研究员研制出基于霉菌孢子碳技术的高能量密度锂硫电池

浙江大学材料科学与工程学院夏新辉研究员团队研制出首例基于霉菌孢子碳技术的高能量密度锂硫电池，他们将废弃果蔬发酵的霉菌孢子碳作为储能材料引入能源领域，获得高能量密度电池，其比容量较市场上最好电池高3倍，未来有望解决电动汽车长途行驶的续航能力问题，此外还在成本、使用寿命等方面有诸多优势。该成果近日被世界顶级材料期刊《先进材料》报道。

“锂硫电池是一种新型的高能量密度电池，它以硫作为电池正极，金属锂作为负极，其理论容量远超过目前商用的锂电池。”夏新辉介绍，硫元素容量密度高、能量足，被看好为下一代电池材料。然而，单独的硫元素存在一个致命弊端，就是硫本身绝缘，且反应的中间产物会溶于电解液中造成损失。

长久以来，科学界就一直在为硫寻找一个宿主，固定住硫元素，夏新辉团队的研究也由此开始。出于好奇，他们用两个烂橙子做了一次实验，偶然间打开了研究方向。科研人员首先将霉菌通过发酵培养，然后利用镍的造孔能力将其结构优化，再经高温碳化后，制备出了一种全新的霉菌孢子碳/纳米磷化镍复合材料。之后就是与硫元素的融合，在155摄氏度的温度下，让硫熔融，以熔融态的方式与碳材料混合，携带的硫就进入了宿主。

研究结果表明，这种全新的霉菌孢子碳/纳米磷化镍得益于自身的高孔隙度、高导电性、大比表面积和多储硫位点，并且可以对中间产物进行物理/化学的双重吸附，能极大地改善电池性能。不仅如此，若能将废弃粮食果蔬重新发酵利用，用于制备霉菌孢子碳材料，还可实现废物利用、产生良好的经济效益。