鋰硫電池是以硫元素作為正極、金屬鋰作為負極的一種電池，其理論比能量密度可達2600wh/kg，實際能量密度可達450wh/kg。同時單質硫價格低廉、產量豐富、環境友好，是目前最接近產業化的高比能電池技術。
國際上，鋰硫電池的代表性研發廠商有美國的sionpower、polyplus、moltech，英國oxis及韓國三星等，其中以sionpower公司的結果最具代表性。2010年，sionpower公司將鋰硫電池應用在無人機上，白天靠太陽能電池充電，晚上放電提供動力，創造了無人機連續飛行14天的紀錄，是鋰硫電池較為成功的應用實例。在國內，鋰硫電池的研究主要集中在中科院大連化物所、中國防化研究院、北京理工大學等科研單位，在近年內取得迅速發展。目前，國內所開發的鋰硫電池在能量密度上已經處于世界領先地位（>450wh/kg），但是正常充放電幾十次之后，能量密度就大幅度衰減，其循環壽命亟待提高。
近年來，鋰硫電池是世界各國競相研發的尖端技術，其產業化前景被普遍看好。如何大幅提高該電池的充放電循環壽命、使用安全性，將成為鋰硫電池產業化發展的關鍵。
金屬空氣電池技術
筆者1988年在日本九州大學綜合理工學院獲得工學博士，準備回國工作，請教恩師今后如何選擇研究方向時，恩師回答我：“如果要做材料，建議你研究低維材料（納米超細粉、納米線及納米膜材料），如果要做電池，建議你關注金屬空氣電池。金屬空氣電池的關鍵和難點是空氣電極材料和結構，如果能解決空氣電極的問題，電池技術就會產生革命化的進步。”20多年過去了，金屬空氣電池特別是鋰—空氣電池已經引起了人們的高度關注，并取得許多重大進展。
鋰—空氣電池以金屬鋰為負極，空氣中的氧為正極活性物質，通過鋰與氧之間的電化學反應，實現電能與化學能的相互轉化。該電池理論能量密度可達約3500wh/kg，為鋰離子電池的10倍，與汽油接近。著眼于鋰—空氣電池的潛在應用前景，世界各國紛紛開展相關研究工作。ibm公司一直致力于“電池500”項目，期望實現電動汽車一次充電續航500英里的目標；而日本的旭化成等企業的加入將推動隔膜與電解液的研究。
鋰—空氣電池并非全新概念，其最早由洛克希德公司研究人員于1976年提出。1996年，abraham等人提出有機電解液體系，開創了鋰—空氣電池研究新局面。目前，鋰—空氣電池的研究主要集中于正極，其直接決定了電池的各項性能指標。能量密度方面，最具代表性的便是石墨烯類材料。美國西北太平洋國家實驗室的研究人員，制備了一種具有氣泡式結構的分層石墨烯材料，實現了約15000mah/g的放電比容量，遠超現有鋰離子電池。
然而，鋰—空氣電池充放電過程中生成的含氧中間態產物會與碳材料、電解液等發生化學反應，導致大量副產物的生成（如碳酸鋰等），極大地影響了電池的循環過程，是制約其發展的瓶頸問題。bruce等人將多孔金和碳化鈦用于正極，可有效抑制副反應，100次循環容量保持率大于95%。
高能量密度是鋰—空氣電池的主要優勢，而循環穩定性是其技術發展的關鍵和面臨的難題。另一方面，金屬鋰的純化和鋰負極保護與充放電過程中的枝晶抑制，高活性正極催化組分以及選擇性透氧膜的開發，電池結構設計集成技術等均是其實用化過程需要有效解決的問題。
（作者系中國科學院大連化學物理研究所研究員）
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