中國研究人員開發出一種鋰硫電池設計，有望透過解決該技術長期存在的主要問題，大幅延長無人機飛行時間。清華大學深圳國際研究生院領導的研究團隊表示，他們創造了一種新的分子策略，能提升鋰硫電池內部反應效率，同時減少運作過程中的能量損失。此進展可將電池能量密度推升至遠超目前大多數商用無人機所用鋰離子系統的極限。傳統鋰離子電池每 2.2 lb 通常僅提供少於 300 瓦時能量，限制了飛行持續時間及酬載能力。
鋰硫電池長期被視為下一代替代方案，因為硫廉價且豐富，能儲存更高能量量。但其化學反應在反覆充放電循環中難以穩定。
分子抑制能量損失
鋰硫電池的最大挑戰之一，是運作期間形成可溶性中間化合物。這些化合物在電池內漂移，導致反應緩慢並逐漸降低效率。為解決此問題，研究人員引入他們稱為「premediator」的硫電化學添加劑。研究人員表示，此添加劑在硫反應開始前保持非活性。「可視之為電池內沉睡的特殊添加劑，直至需要時才甦醒。當硫反應啟動，它就在反應現場立即運作，」清華 SIGS 研究員周光敏向新華社表示。
一旦激活，此分子捕捉漂移中間化合物，並改善電池內部電荷傳輸。研究人員指，此設計創造更快反應路徑，並穩定整體電化學過程。團隊亦在分子層級重新設計內部反應網絡。據研究人員，新方法將內部電池電阻降低 75%，相較傳統鋰硫設計。在實驗室測試中，電池經 800 次充放電循環後，仍維持穩定性能，並保留近 82% 原有容量。
研究人員亦製作原型 pouch cell，每 2.2 lb 達 549 瓦時能量密度，幾乎是目前許多無人機電池的兩倍。「對無人機而言，這極為重要。更高能量密度意味更長飛行時間、更大利荷載及更大作業範圍，」周光敏表示。團隊指，此技術可改善多項無人機應用，包括包裹遞送、電纜巡檢及緊急應變作業，後者需更長空中時間。「遞送無人機可飛更遠投遞包裹。電纜巡檢無人機可一次涵蓋更多電塔。搜救無人機可在關鍵時刻維持更長空中時間，」周光敏補充。
除無人機外，研究人員相信此分子設計策略亦可應用於液流電池、鋰金屬電池及電池回收技術。研究刊載於《Nature》期刊。