总部位于英国阿宾顿的初创公司——Oxis能源公司的研究人员正在使用锂和硫的组合来制造电池。与目前电动汽车使用的锂离子电池相比，新开发的电池每千克可以储存近两倍的能量。然而，他们不持续时间不长，大约100次充放电循环后就会失效。但该公司认为，对于无人机、潜艇和士兵携带的电源包等应用来说，重量比价格或生命更重要。Oxis的小型试验工厂的目标是每年生产10，000 ~ 20，000块电池。这些电池将被包装在一个手机大小的薄袋子里。
这不是超级工厂，至少现在还不是。但Oxis公司的首席技术官大卫安斯沃斯说，该公司正着眼于一个更大的蛋糕:1000亿美元的电动汽车市场。"未来几年至关重要。"安斯沃思说，他和其他人认为锂硫电池是“最好的”。继任者并将成为主导电池技术。
他们受到一系列最新报道的鼓舞。报告称，这项技术面临的许多性能和耐用性挑战是可以克服的。"你会看到很多方面都在进步。"劳伦斯伯克利国家实验室的化学家布雷特赫尔姆斯说。然而，加拿大滑铁卢大学的化学家、锂硫电池的先驱琳达纳扎尔(Linda Nazar)等人却持谨慎态度。她认为这是真是一项艰巨的任务打造高容量、低价格、重量轻、体积小、安全的锂硫电池。提高一个因素通常是以牺牲其他因素为代价的。"你可以不要同时优化所有因素。"纳扎尔说。
锂离子电池包括两个电极——，一个阴极和一个阳极。它们被一种液体电介质隔开，这种电介质使锂离子在充电过程中来回移动。在阳极，锂原子夹在具有高导电性的碳——石墨层之间。当电池放电时，锂原子放弃电子并产生电流。
如此获得的带正电的锂离子移动到电解质中。在为从手机到特斯拉汽车的许多设备供电后，电子最终回到阴极，阴极通常是不同金属氧化物的混合物。在那里，电解质中的正锂离子依偎靠近吸收了通过的电子的金属原子。充电会逆转这种分子模式，因为施加的电压会将锂离子推离其金属宿主，回到阳极。
金属氧化物阴极是可靠的，但这些金属通常是钴、镍和锰的组合，价格昂贵。同时，因为两个金属原子手拉手来固定一个电子，这些阴极很重。这将电池的性能限制在每千克约200瓦时(Wh/kg)。硫便宜很多，每个硫原子固定两个电子。理论上，硫阴极的电池可以储存500 Wh/kg或更多。
然而，硫并不是电极的理想材料。首先，它是绝缘的：它可以将电子传递给通过阳极的锂离子。
2009年，发生了一件影响全局的事情：纳扎尔领导的研究小组发现，硫可以像阳极一样嵌入由导电碳制成的阴极中。这种方法虽然有效，但也带来了其他问题。像石墨这样的碳形式具有高孔隙率。这增加了电池的整体尺寸，但是存储性能没有增强。
这意味着需要更昂贵的液体电介质来填充这些孔。更严重的是，当锂离子在阴极与硫原子结合时，它们会发生反应，形成称为多硫化物的可溶性分子。这些分子会漂移，从而降低阴极性能，限制充电循环次数。多硫化物也迁移到阳极。在那里，它们会造成进一步的破坏。
如今，各方面都在取得突破。三个小组在解决阴极问题上取得了进展。例如，去年，Helms领导的研究小组在杂志《自然—通讯》中报告说，他们在碳硫阴极上添加了一层聚合物层，从而封装了多硫化物，使电池能够在100次充电循环后继续使用。由德克萨斯大学研究人员Arumugam Manthiram领导的另一个团队用厚度只有一个原子的高导电片状石墨取代了阴极中的石墨。
正如他们在今年1月12日发表的《美国化学会能源快报》中报道的那样，新的石墨阴极比传统的石墨阴极容纳更多的硫，从而大大提高了能量储存。最近，由中国厦门大学的化学家郑南峰领导的一个小组在杂志《焦耳》上报告说，他们创造了一种超薄分隔符通过在掺氮碳颗粒上放置聚丙烯薄片。位于阴极上，它可以捕获多硫化物并将其转化为无害的锂硫颗粒。这增加了电池的能量输出，并有助于它们在500次充电循环后使用。
阿富汗国家实验室储能研究联合中心主任乔治克拉布特里(George Crabtree)表示，所有这些发展都将有助于推动锂硫电池的进一步发展。"它很难说这些是否会是最终的成功突破，但我相信。我很乐观。"克拉布特里说。
