芝加哥大学普利兹克分子工程学院的研究人员开发了一种一步研磨工艺，用于评估硫在固态电池中的适用性。硫是一种丰富且成本较低的元素，具有较高的理论容量，但因其绝缘性质而未被大规模应用。

随着电动交通需求的增长，到2030年，锂离子电池的需求预计将比2023年翻倍。锂和钴等材料成本的上升可能阻碍向清洁能源的转型。相比之下，硫基固态电池提供了更具成本效益的替代方案。

电动汽车制造商正寻求转向固态电池，因为它们使用不易燃的电解质，安全性优于传统锂离子电池。硫基固态电池通常由固态电解质、导电碳和硫活性材料组成，但这些组件在传统混合方法中往往接触不充分，影响性能。

芝加哥大学团队的一步研磨工艺将所有三个组件一起粉末化，形成亚稳态界面，促进电解质与硫正极材料的反应。在他们的实验中，硫基复合正极的放电比容量达到约1500毫安时/克，接近硫的理论容量1675毫安时/克。

LG能源解决方案的研究员Seung Bo Yang表示：“这项研究表明，与其添加新材料或涂层，简单地更仔细地排列现有材料就能让硫反应更高效。通过优化颗粒尺寸和材料混合方式，电池可以在全固态设计中提供高容量、实用的能量输出。”

此外，研究人员还解决了电池在充放电循环中的“呼吸”挑战，即材料膨胀和收缩问题。他们将硅负极与硫化锂正极配对，利用一方膨胀时另一方收缩的特性，减少了堆叠厚度的净变化。

芝加哥大学普利兹克分子工程学院的Shirley Meng教授强调：“高性能电池如果只待在实验室里，对任何人都没有帮助。要实现能源和气候目标，我们需要它们在实际世界中工作，这意味着它们必须在大规模上负担得起。”

这项研究由芝加哥大学、加州大学圣地亚哥分校和LG能源解决方案合作完成，成果已发表在《自然通讯》杂志上。硫基固态电池技术有望推动电动汽车续航里程的提升，为可持续能源转型提供支持。