鋰硫電池？
鋰硫電池產業化還需要多久？還有那些困難？需要那些裝備？
本來剛坐完飛機到了學校是2點（尼瑪東北門我的自行車已經被共享堵車給淹沒了）實在是睡不著直接更一下吧。
剛參加完2017深圳儲能材料國際會議，回來談一下感受。
第一天是女神Linda. F. Nazar教授報告，圖我就不貼了，沒帶相機，手機照的實在是渣。提出了新的理論——高載硫應為70%的活性物質，7mg/cm2的載硫量。並且Nazar教授繼續在MnO2金屬氧化物做正極的體系中越走越成熟，而且也談到了保護負極鋰的重要性。其中有個小插曲，就是支出多孔3D集流體在大電流充放電中對於抑制枝晶中並沒什麼作用，並且會消耗電解質，（這裡引用崔屹教授兩篇文章，崔教授在後面的提問環節，兩人有交流~但是聲音太小沒聽清。。。）而且提到了負極的最新技術，合金負極的進展，還有利用LiZn-LiCl表面修飾的進展。別看Nazar教授身材不高，氣場十足哦~
然後是崔屹教授繼續講他的新檢測表徵技術。。。這裡我等屌絲也正好休息一會。。。
下午進行的分會場，主要是講正極材料的製備，當然大家都知道現在正極材料的進展以及研發都趨於平緩，不像最開始幾年那樣大爆發了。
第二天分會場也是講了一些正極材料的製備以及現在比較火的固態電解質的研究，重量級研究院李弘做的報告內容非常接近於應用工程的體系（好吧，我個人認為是。）正好我趁機會找了Nazar教授簡單的交流了一下，雖然內容不多，但是受益匪淺~當然今天的亮點是幾位香港的教授，卧槽口語那叫一個標準，我感覺在場的所有老外都感覺到了汗顏。。。
真正重點在第三天，報告人有中科院的郭玉國教授以及清華的張強老師主要講了負極的保護，當然還有其他各學校的教授也講了不少，不過我最近關注的固態電解質的內容並不是很多。。雖然也有不少，但是總讓人感覺沒有找到重點一樣，或許是正在研究中，很多內容不宜透露吧。負極的保護除了之前分的原位與非原位保護外，多出來一個合金負極，也是很新穎（自從那個突破天際的Li-Na合金液態負極。。。）
這幾天的報告也有談論binder的，但是PVDF作為老牌的粘結劑，可替代性還是比較低的，畢竟十分成熟的工業生產產物，新做出來的東西還是很難短時間替代的。
因為我做的東西和郭玉國教授的基礎理論趨於一致，所以中間午飯期間還找了郭教授詢問了一下關於Nazar教授的看法（我實在是忍不住了，面對Nazar教授的時候我就想問，崔教授講完我也想問。。。但是總感覺在幾百人面前這麼說不是很好。。。）郭教授對於這件事還是從實際的角度探討了一下，最終得出的理論是，就算是保護的作用不大，但是畢竟是有作用，按照現在國內某電動汽車生產商的技術而言，充滿電是一個半小時，也就是相當於0.7C的倍率去充電。。。這根本不是什麼大電流啊，像我做出來的5C倍率，充一次電只用了12分鐘，算上加油站排隊的時間。。基本和現在加油時間差不多嘛，所以在實際應用中還是比較有效果的。。
大會現場還是很精彩的，會議的目的就是促進世界上各組的交流，（我個人的說法就是聯誼嘛。。。）本來走之前都做了一小半的idea到了現場發現有人都做出來了。。。囧，還好省了好多時間可以進行下幾個。。。
20171122
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好吧好吧，我的paper被孫學平教授點名了╮(╯▽╰)╭特彆強調（especially）某些人在負極加了interlayer討論的不清楚。
感覺耽誤了大牛的好文章
然後孫教授就這個負極interlayer體系進行了詳細的討論，雖然做實驗的跟我一樣，但是人家做的和討論的就是牛啊，並且發在了nano energy上。。。。
參考之前，基礎理論趨於一致的幾篇文章，包括浙大美女教授陸瑩瑩的文章都發在了AM上這種級別的期刊。。。
為毛我只能發在這種級別的。。。
20171122
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半年沒更了，實在是抱歉，我碩士畢業了，繼續讀博。
半年裡面畢業事太多，中間稍微空閑的時候本來自己設計了一套新的電解質系統，初衷是想完全的避免（真！完全避免）穿梭效應的問題，結果因為一個重大的失誤整個體系都做錯了。看來一個人的力量實在是渺小啊。
回頭看看我個人的整個鋰硫電池經歷感覺實在是可笑，不自量力這幾個字形容我非常正確。最開始一個一年級碩士，憑著幾十篇文章就想自己搞一搞，當年沒有師兄帶路，自己跑張強老師實驗室偷學人家裝電池技術，用了四個小時再加上回來自己動手裝的千個電池總算摸索出來了一套自己的實驗套路。開始理論基礎不紮實，跑去崔屹教授的報告那沒羞沒臊的問人家如何處理枝晶，還追了人家一整條走廊。。。後來沒辦法，自己做ppt自己做綜述自己啃文章總算是把整個體系的知識給梳理清楚了，這時候發現自己也研三了，也該畢業了。
我非常喜歡鋰硫電池這個方向，經過幾年的經歷我發現在科研這個領域真的是人多力量大呀。如果三個人共同開發一個領域，你如果其中一個小知識點不懂，完全可以大家一起討論，一起分享最新的文章。今天這個人生病了另外兩個人也能推動著整個團隊的前進。而一個人的團隊就好像歐洲山脈上推著巨石的巨人，稍微鬆懈下來就會被時代的大石所壓扁，正所謂「逆水行舟，不進則退。」所以對於新人來說，第一，死纏爛打師兄，讓他教你所有他會的；第二，多動手做實驗；第三，多看文章多思考。
讀博之後，我的願望就是能收幾個師弟，把我自己學到的這些傳承下去，科學是傳承的。。。總感覺自己不吃飯不睡覺搞出的這些破玩意需要將它傳承下去，不至於再來者經歷同樣的挫折。如果實在是困難，我已經有放棄讀博的想法了，可惜現在找工作實在是太難，這個領域碩士畢業也不知道能幹些什麼，投了幾個簡歷也沒有回應，本以為碩士期間兩篇SCI一篇中文已經算是稍微可以的了，沒想到被人家三年發了110多篇SCI的大神虐的死死的。
本來八月份中旬，美國那邊開的國際電化學學會的會議邀請我去貼海報做報告，可惜經費和安排的問題實在是沒精力去了（其實就是窮嘛哈哈哈）。雖然在知乎這裡，別人爆個照都能十幾萬的贊，我這邊敲敲打打才幾十個贊，但是和大家一起討論，一起分享經驗，一起探討的過程對於我個人來說是十分享受的。
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去年聽了一個大牛報告，是斯坦福大學的美籍華人教授，說是產業化還有5到10年，為什麼他會有這樣的預測我尚不知曉，但是鋰硫電池的問題依舊很多。
本人水平很低，入坑一年還沒人帶，僅憑自身學習告知一下，如有大牛補充指點感激不盡！！權當拋磚引玉啦~
先拿本身穩定性來說，現在看到的最好的是加拿大滑鐵盧大學的Linda組的吧，2500的循環壽命，對於電車來說我也不知道要求是多少，然而我們說的循環壽命是200mAhg以上，也就是比鋰離子電池的比容量大為基礎的，一般來說鋰硫電池第一次放電能達到1100mAhg不是事啊。腦補一下，新買的車剛開始能跑1100KM（打個比方）但是五六年之後充滿一次電只能跑200KM。貌似確實不太好。
再有就是陽極鋰的枝晶問題，枝晶是啥？目前的說法是因為鋰金屬表面不光滑凹凸不平，再加上鋰離子在電解液中的濃差效應造成的鋰晶體生長為樹枝狀，為此我還快速的掃描了一下晶體生長學，晶體化學，結構化學等著作，解決方案無非就是裝電池之前磨一磨然後加個SEI膜。數據顯示改善的不少，但是工藝繁瑣。
穿梭效應。穿梭效應就是硫正極在得到電子後會生成聚硫化合物（polysulfide），聚硫化合物在濃度梯度的影響之下會穿過隔膜去向Li電極那側的電解液中並與Li金屬發生反應，生成的LixSy再回到正極，說白了就是把陽極鋰帶走了，充電的時候回不去造成Li的損失。目前來說這個問題還是很大的，有的組在隔膜上進行了修飾，但是效果不大啊，反而對容量造成了不小的損失。這個問題也對鋰硫電池的循環壽命早成了很大的影響。
硫是不良導體，它不能做電極。好吧電極不導電是不行的，大家就開始想方設法讓丫的能導電，什麼碳納米管，石墨烯，炭黑，Super P，乙炔黑 whatever 開始往硫裡面混合，本身這些導電劑的能量密度低啊，再有一些混合是需要粘合劑的，粘合劑丫的能量密度更低啊！這樣硫作為正極的優勢沒有完全體現出來啊。
這還沒完，硫的密度比最後生成的硫化鋰和Li2S2都小，導致正極體積變化達到了20%,會導致正極材料在集流體上脫落等問題。（參考Li2S 和 S的密度）然而實際上我自己做的試驗雖然不多，只有寥寥百十來個，我發現此電池十分不『穩定』啊，不是說會爆炸啊什麼的，同一批次電池10個電池出7、8個不同的結果很正常！估計是我操作的問題吧，雖然之前我對我操作水平還是很自信的，但是做出來的結果實在是讓我無法確定哪個才是此電池真正的表現。
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15.10.20
抽空跟一下
現在實驗有了一定的突破，我們實驗室所作的實驗電池已經成功的將首次放電提升到1550mAh/g並且暫時穩定在1350mAh/g左右，因為循環還在測所以最終結果不詳
前兩個月做了一個簡單的改進，用最原始的方法（也是最簡單的）使電池的首次放電達到1000mAh/g並且現在是循環到快300次，還停留在500mAh/g以上
循環是個大問題 不過我們已經摸索到一點規律了
（就當是實驗日誌吧）
15.11.15
最高已經突破到1550mAh/g 但是衰減的很快 50循環只剩下1000mAh/g了 100循環剩下700多
好在載硫量比較高 達到了2.5mg/cm2 含量也超過了60% 就差CV和阻抗了！
———————————————————————————————————————————15.12.9
最近有點累吐血。。。抽時間找幾個圖讓大家直觀的感受一下（順帶討伐一下鋰空電池。。。你們化學老師都沒告訴你們鋰會和空氣中的氮反應么？？）
黑色的是碳黃色的是硫，納米級混合會更好的融合，原因就是硫不導電需要碳來幫助導電
整體大概就是個這麼個情況，電解液我涉及的很少，以後慢慢講講
————————————————————————————————2015.12.15 最近在幫老師寫文獻，自己的論文寫了一點點，還要弄開題。早就累跪了，最近在想其實鋰硫電池本身的缺陷也不少
1）、就電解質來說生成的Li2S不溶，也就是沉澱，沉澱了的結果就是不可逆。。。這一點對鋰硫電池的影響挺大的；2）、反應過程仍不明確。很多時候做實驗發現，哎呀！僅僅是硫碳機械混合（升華硫和碳黑）就能達到首次1350mAhg的比容量！！好逆天！！然後重複不出來哎呀！！這次達到了1550mAhg的比容量！！！好逆天然而重複不出來哎呀！！！這次一百圈了還能在1000mAhg以上！！！然而重複不出來反正我已經因為這事坑了一次了。。。。3）、鋰片。做這做這發現鋰片是個坑啊。。。這貨的一點點改變對電池性能影響很大，然而鋰活性太大，保存都成問題。---------------------------------------------------------------------------------------------------------------20160929
剛剛放假，回來看看已經過去快一年的文章很亂，打算找時間重新編寫一下，這個七天假就算了，饒了我吧。從2012年吧，鋰硫剛剛開始要火，到14,15年火爆，這幾年鋰硫的發展是非常的快速的，這些都歸功於在科研戰線第一線的老師前輩們。幾十年前還解決不了的硫不是導體的問題，現在將硫作為正極，幾乎已經沒什麼問題了，但是依舊有一些瑕疵，比如說載硫量不高（2mg / cm2），正極的製備比較繁瑣（單指將硫加入多孔碳材料這個工藝），但是大體的問題已經不是什麼問題了，現在大家關注點開始轉移——隔膜和負極。 當然這話的意思並不是說正極沒什麼可做的了，如果誰能把正極普通的碳硫機械混合就能放電1C 1000cycles 衰減率小於40%，並且載硫量高，那麼必然是一個重量級的實驗啊~ 隔膜，老問題——穿梭效應（shuttle effect），聚硫化合物的穿梭效應在普通的隔膜面前嚴重的令人髮指，我前兩天做了一個擴散試驗，等文章接收了我就發出來給大家看看。所以有科研人員就在隔膜上做文章了，有人加入了一層nafion，或者是乾脆塗了一層Al2O3，效果不用多說必然是不錯，但是依舊存在著許些問題，開始本人也是天真的認為減小隔膜（現在鋰硫電池一般用的隔膜型號為Celgard2400）上的孔洞就可以很好地組織聚硫化合物的穿梭，但是這也直接影響了鋰離子的傳輸速率，進而增加了電池的內阻。改一下。。。貌似泄密了==========================20161029來吧來吧，打臉吧各位，我的paper又被拒了！第二篇paper 第一篇被拒了直接準備投一個一點幾的水一水就可以了，第二篇真的是良心啊。。。從15年12月份做實驗，直接得出了結果，用了三個月做測試和重複都是可行的，然後是漫長的表徵。。。。。期間開始寫已經快讓我瘋掉了，現在居然被拒了。。。修改了一下為了快速發出去只能再降低期刊了。。。編輯據說是韓國一大學校長，正好做我合成這個方向的，雖然誇了我一下但是還是拒稿了啊啊啊啊啊with editor了一周讓我回來改改可能會送審。。。好吧，樓主現在已經混亂了。剛剛調整了一段時間身體，現在狀況還算不錯最近在寫一篇review，英文的沒有約稿只能寫中文的了，正好方便國內朋友閱讀，就這樣。。。
=================20170324
看了一下，半年沒更新了啊，文章經過四次拒稿終於被接受了~
這篇文章耗費了我快一年的功夫，去年這時候剛有的Idea，轉身去做實驗，做出結果之後發現效果相當之好~（不要臉的自誇一下，既然提升10%可以叫提升，那麼我這種提升100%性能的可不可以說相當只好~後面還有提升400%的是不是可以說很6~）
其實做實驗對於我來說一點阻礙都沒有，前後重複了五次實驗所有的數據結果出來的時候剛剛四月末，也就是做實驗做了一個月。然後著手寫文章，這時候發現旁邊系的張強老師發的那篇玻璃纖維保護鋰負極的文章，跟我的大體思路基本差不多，我們的材料不一樣，原理有細微的差別。當然在寫文的時候吸取了張老師的經驗，同時在五月份開會的時候遇到了中科院的郭玉國老師，郭老師做的3D銅集流體的文章也為我的實驗理論的完善提供很多的幫助。在此對以上兩位老師表示衷心的感謝~
文章在7月末寫完（自己主筆第一次炒雞噁心）改完稿9月份投了第一家，結果一周後說JU！
原因是重複率過高。。。
第二次換了一家投了，拒稿第一次原因是英語不好
第二次原因是期刊方向不對。。。。
第三次投已經是十一月份了，直接拒稿，理由是不夠新穎，提升不大，英語不好。。。
我都懷疑是不是這幾個月之間鋰硫電池已經有什麼重大突破了，400%的提升告訴我提升不大。。。。
期間張強老師也幫我看了一下並且提出三家期刊讓我去投試試，後來改投最後這一家。（老闆選的，就是版面費太貴了，1500瑞士法郎、、、）
三位審稿人，第一位給的意見是大修，很明顯看的特別細，而且也是行內人，提了9條建議，其中有5條是問題。
第二位審稿人提了倆問題，並且讓我加了22篇引用。。。。建議小修
第三位審稿人也是行內人，提了一些問題，建議小修
轉身回來已經是三月份了，前幾天剛剛收到的接收函，這裡可以透露一下~~~
先上數據
這次我們的參比電極是80%硫含量的電極，為什麼選80%？不選擇之前我們做過快上千遍的60%？原因是在電極里有S，Super P和粘結劑PVDF，這三樣物質S是活性物質，並且最便宜。這兩點很重要，現在的正極方向就是高載硫。我們做出來的極片單位面積載硫量已經快達到4.5mg cm-2了。所以參比電極的循環並不好。我們為了提升電池的循環效果，在正極側加入了一塊Interlayer，這塊Interlayer的質量在1mg左右，這樣也將碳質量對整個正極的影響降到最低，並且這Interlayer的材料是我配置的，在碳纖維中摻入了5%以上的氮元素。因為氮元素的極性可以吸引電解液中的Li+，從而間接吸附聚硫化合物，這樣就可以起到抑制穿梭作用的效果。
MCNF就是修飾過的碳纖維的簡稱
這樣效果大大提升，但是這沒有完，因為我的目標是改善負極鋰片
因為鋰枝晶的問題，大家都知道這東西長大了容易刺穿隔膜
這裡放一張珍貴的SEM，讓大家看看鋰枝晶什麼樣
然後我將負極也做了一個小處理，下面是1C倍率下循環600周期之後的，有處理和沒處理的區別：
i和k是沒做處理的循環後的鋰片表面，j和l是處理後的鋰片循環表面
很明顯吧
之後是循環圖
綠色的是參比電極，紅的是負極處理後的循環，藍色的是只在正極加Interlayer的循環，黑的是我腦洞開了一下，正極加上Interlayer後，負極再處理一下的循環。
好吧 今天先說這麼多，詳細的文章等刊出來大家可以看看，多多提一些意見建議，有什麼不明白的大家多問問，多交流才是好的~
喝酒去了~
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給出鏈接Effects of Electrospun Carbon Nanofibers』 Interlayers on High-Performance Lithium–Sulfur Batteries
喜歡的可以看看~
今天2017年的第一天，看到這個問題決定答一個，順便祝大家元旦快樂！以我自己的研究來回答一下這個問題，不論是否提主中意，不要打我就行。先下結論：鋰/硫電池(硫為正極活性物質，金屬鋰為負極)，當單位質量的單質硫完全轉變為S2 - 時所產生的理論比容量高達1 675 mAh /g，質量比能量可達2 600 Wh /kg，是目前鋰離子電池能量密度的7 ～ 8 倍，並且硫具有對環境污染小、在自然界儲量大、成本低等優點，因而使鋰/硫電池成為目前電動汽車動力電池研發的重點。但其實際應用仍面臨著來自於正極、電解液以及負極等方面的諸多挑戰，具體包括硫正極的溶解、多硫化合物的「穿梭效應」及金屬鋰負極的枝晶問題。但是也有成功的案例，2010 年，美國國防部在Arizona 州進行了一項無人偵察機的測試實驗，採用單晶硅太陽能電池板為產能元件，Sion Power 公司的鋰硫電池作為儲能元件的無人機連續飛行了336h (14 d)，刷新了此前採用商業化鋰離子電池的無人偵察機31 h 的記錄。下面我先從鋰硫電池的基本結構和電化學過程來說明一些常見問題，然後從專利的角度來進行一個分析。先看一下電池的結構圖：
大家都提到鋰硫電池只是實驗階段，實驗階段就只是扣式電池，等真正放大到軟包電池的時候所有的問題都會體現出來，我說的所有的問題基本包括了電池裡的所有部分，正極負極隔膜電解液。尤其是如果不直接用鋰做負極，電池的比容量計算下來跟傳統三元電池並無太大優勢；如果用鋰，就會有枝晶等問題，電池容易短路甚至爆炸。
從國際上來看，現在做鋰硫電池的公司比較出名的有兩家，美國的Sion和英國的Oxis。前兩年這兩家公司的文章很多，這兩年也銷聲匿跡了，不知道是取得了一定的研究成果還是搞不下去了。據我的了解OXIS已經有軟包電池的產品做出來了，在與倫敦imperial college合作測試，但具體性能還不是特別理想。個人認為鋰硫電池賣的還是噱頭多一些，就算真正產業化價格和安全性也不一定比得上現在的三元鋰電。
我也是在讀研究生研究鋰硫電池的，前段時間三月底剛投了一篇文章，剛聯繫老師怎麼還沒來審稿意見，看見樓主的投稿經歷，我覺得我的應該算是很幸運的啦，因為老闆說要準備投一個要在10月份泰國開會議的雜誌，那時候我的數據還不全，只是有了循環，大倍率，變倍率，掃描，就連透射都是在得知要投稿以後才去測試的（課題組比較窮，不發文章不測試）半個月的時間補充透射，TG，CV等數據加寫文章，三月底投稿截止日期前29號投出去了，現在已經快一個半月啦，沒有消息，現在正在另一個課題，感覺又進入剛開始做電池階段，有很多問題，努力解決中。。。。。
=============20170717
一晃兩個多月過去了，另外一個課題因為客觀條件不足，被擱置了，草草的開始了一個相對簡單的實驗，補充完畢業論文的數據就拉倒啦，過兩天就要回家啦，兩個周的假期，來之不易，回家好好休息，回來開始進入讓人發怵的找工作生活。。。。。
之前看了一個帖子，很受用，關於學生思維的，的確很多我都躺槍了_(:з」∠)_就根據我自身情況說幾點吧！
1. 學生總是有一種感覺，剛開始找工作，會感覺自己什麼都不懂，什麼都要學習，膽怯於談工資，對工資不敢有要求，但實際上，你的付出遠遠不止你的那些工資，所以，記住，找工作不要不敢談薪資，，，要有底氣，所有的這一切都是你應該得到的。
未完待續………………………………………………………………
斯坦福大學的美籍華人教授---Steven Chu， 我前不久也聽了他的演講，也是這個結論
據說美國阿貢和MIT的Li Ju教授組取得些突破，但是貌似近期也沒有更多的文獻公諸於世。期待中。。。。。。
鋰硫電池技術研究近況，想了解的戳這裡→鋰硫電池技術研究近況
http://weixin.qq.com/r/Lz-i_vbEqavWrbKZ92o9 (二維碼自動識別)
大牛！！！！！！第一次在知乎留言 ---雖然太深奧我也不知道說點啥 支持你吧
這個真不知道。鋰硫電池現在面臨著比較多的問題，這些問題還有一部分停留子啊實驗階段，暫時基本不具備產業化條件。比如S本身插鋰後就容易體積膨脹，還有就是多硫化物易溶解，形成穿梭效應，再有就是鋰片本身的問題，枝晶，還有其他的問題。。
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