近期，韓國科學技術院(KAIST)新材料工程學系金都京(音譯)教授團隊開發了一種全新的鋰-硫二次電池電極材料，可以抓取碳素纖維之間的硫，這類似于毛細管對水的吸收現象。

此次研究是EEWS研究中心的氣候變化研究核心業務，也是韓國研究財團的中堅研究支持業務。這種鋰-硫電池具有低重量和高容量的優點，有望實現商用化，這一研究成果已經刊登于國際學術雜志《NanoLetter》2018年的第18期。

近年來，隨著電動汽車和大容量能源儲存系統(ESS)需求的迅猛增長，能量密度更高的二次電池開發也勢在必行。鋰-硫電池作為第二代高容量鋰離子電池備受矚目，從理論上講，與鋰離子電池相比，能量密度高出了約6倍以上。

不過，硫的電導率較低，在充電和放電的過程中也會發生體積變化，鋰的多硫化物中間相作為電解質熔化而排出，這阻礙了鋰-硫電池的商用化。

為了解決這一問題，將多孔碳粉末包裹硫，由此提高了導電率，減小了體積變化，從而阻止了多硫化物的熔化，這就是硫-碳電極的開發目標。不過，這樣球形的零維碳粉末在粒子間會生成無數個接觸電阻，也會使得包裹硫的過程變得更為困難，必須采用高分子粘合劑進行粒子間的連接。

為了克服現有碳材料的缺點，研究團隊通過電噴射制作出大量的一維形態的碳纖維，固體硫粉末被泥漿(固體和液體混合物或細微固體粒子在水中的懸濁液)打濕后干燥，從而開發出接觸電阻大幅減少的硫-碳電極。

研究團隊通過掃描電鏡(SEM)進行觀察，發現固態硫通過電化學反應變成了液態鋰多硫化物的中間產物，這與紙張對水的吸收非常類似，這些碳纖維粒子之間實現了連接，在充電和放電過程中都可以保持這種狀態，也不會發生熔化。因此，在沒有包裹硫的情況下，碳纖維粒子之間也實現了有效閉合。

現有的研究成果中，單位面積的硫含量僅在2mg/c㎡以下，而此次研究的單位面積的硫含量超過了10mg/c㎡，單位面積容量達到了7mAh/c㎡，遠高于現有鋰離子電池單位面積容量1~3mAh/c㎡的水平。

與現有的電極制造方式完全不同，在金屬蓄電體上涂上電極物質，電極的結構發生了明顯變化，此舉將有利于拓寬未來鋰離子電池的研究范圍。這項研究成果標志著高容量鋰-硫電池的開發又邁進了一步，未來還有望應用于電動汽車和無人飛機。