吳笙卉/工研院材化所
前言
2016年德國的應用科學研究機構─ Fraunhofer-Institut IWS 於德國德勒斯登（Dresden, Germany）舉辦第五屆鋰硫電池研討會（5th Workshop "Lithium-Sulfur-Batteries"）。全球投入鋰硫電池研究領域的主要學術業界，包括 Linda Nazar/University of Waterloo、Quiang Zhang/Tsinghua University 及 Oxis Energy LTD、Samsung R&D Institute、Helmholtz-Institut、Lilium GmbH、BMW Group 等皆受邀參與此會議，共同關注鋰硫電池發展現況。
鋰硫電池發展趨勢
由於硫的電容量高（1675 mAh/g）且成本低廉，因此具備未來發展高能量後鋰電池的潛力，許多傳統鋰離子電池的研究學者因為受限於電池能量密度無法提升，漸漸投入鋰硫電池的研究，但普遍都會遇到類似的瓶頸，包括硫本身的絕緣性質，導致硫的含量無法提升；多硫化物易溶於溶劑之中導致穿梭效應（Shuttle Effect），電容量的維持率下降；再者，高能量密度的高度需求下使用鋰金屬作為負極，但卻延伸出負極鋰金屬穩定性與安全性的問題，例如鋰金屬在反應過程中長出枝晶（Dendrite），安全性受到挑戰；以及鋰金屬低庫倫效率的問題造成循環壽命減少。為此，各界提出各種解決鋰硫電池的策略，不論是從正極材料、負極材料、電解質、添加劑等，試圖改善電池的電化學表現及穩定性。
鋰硫電池研討會主辦單位 Fraunhofer IWS 開放讓所有參加者參觀其實驗室，Fraunhofer IWS 擁有相當完備的鋰電池製程設備，包括自動化的電池堆疊機、雷射切割電極片技術、電極的塗布機及混漿技術，並開發鋰硫電池專屬的製程，但在本次會議尚未公開。
2016德勒斯登鋰硫電池研討會重點精摘
1. Prof. Linda Nazar/ University of Waterloo, Canada
Nazar 團隊利用氮化石墨烯（g-C3N4）對多硫化物的吸附能力作為硫正極的修飾(圖二)，不但提升導電性也抑制多硫化物擴散，或是金屬氧化物添加劑，如氧化鈦（Ti4O7¬）、二氧化錳（MnO2），並透過透明電池觀察添加劑對多硫化物吸附能力的影響(圖三)。
圖二、g-C3N4 改質提升多硫化物吸附能力
圖三、金屬氧化物對多硫化鋰的化學反應性
又利用g-C3N4 的2D結構可有效提升多硫化物的吸收，且降低電解液/硫的比例（~3.5µl/mg），硫含量甚至可以高達 14.9 mg/cm2，相較於擁有較多孔洞的3D框架更能提升硫含量及降低電解液消耗，有效改善體積能量密度(圖二)。
在全固態電池方面，如何利用非溶劑的電解質讓硫正極在固相反應成了關鍵問題，Nazar 提出略溶電解質（Sparingly Soluble Electrolyte），且需以極性金屬載體（Polar Metallic Host）解決硫化鋰（Li2S）沉澱問題(圖四)。
2. Prof. Dr. Qiang Zhang/ Tsinghua University, Beijing (China)
Prof. Qiang Zhang 團隊探討在鋰硫電池中，鋰金屬表面形成固態電解質介面（Solid Electrolyte Interphase; SEI）的成分，比較電解液中多硫化物/硝酸鋰/ LiTFSI 組成的影響。其研究結果指出---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。