據New Atlas報導，鋰硫電池的儲能能力是目前鋰離子解決方案的五倍，研究人員對鋰硫電池有著濃厚的興趣，密歇根大學的一個團隊已經向實現其現實世界的潛力邁出了一步。這一突破取決於一種自然啟發的膜，它克服了穩定性問題，為電池提供了“近乎完美”的設計，使其能夠持續一千多次循環。

研究小組負責人尼Nicholas Kotov說：“有許多報告聲稱鋰硫電池有幾百次循環，但這是以犧牲其他參數–容量、充電率、復原力和安全性為代價實現的。如今的挑戰是製造一種電池，將循環率從以前的10次循環提高到數百次循環，並滿足其他多種要求，包括成本。”

在接受這一挑戰時，Kotov和他的同事們轉向了芳綸納米纖維，這是凱夫拉縴維的納米級版本，並將其塑造成精心設計的網絡，模仿細胞膜的結構。這種材料被注入了電解質凝膠，並防止了電池故障的一個常見原因，即在其中一個電極上形成了被稱為枝晶的樹枝狀晶體的生長。

但是，這種新型膜的好處還遠不止這些。隨著鋰硫電池的循環，被稱為鋰多硫化物的鋰和硫的小顆粒會流向鋰並損害設備的容量。該團隊通過將微小的、生物啟發的通道整合到其人工膜中並添加電荷來解決這個問題，這將排斥這些顆粒，同時允許帶正電的鋰離子自由流動。

論文的共同第一作者Ahmet Emre說：“受生物離子通道的啟發，我們為鋰離子設計了’高速公路’，多硫化鋰不能通過’收費站’。”

據Kotov說，這種所謂的離子選擇性的結果是一種具有“幾乎完美”設計的鋰硫電池。他說該裝置擁有接近理論極限的效率，而容量是標準鋰離子電池的五倍。

在具有快速充電技術的現實世界中，科學家們預計該電池可以循環1000次，這被認為是10年的壽命。對該設備有利的另一個事實是，與鋰離子電池中使用的鈷相比，硫的來源更豐富，問題更少，而芳綸纖維可以從舊防彈背心中獲取，使其成為一個整體上更環保的主張。

Koto說：“這些電池的仿生工程整合了兩個尺度–分子和納米尺度。我們第一次整合了細胞膜的離子選擇性和軟骨的韌性。我們的綜合系統方法使我們能夠解決鋰硫電池的首要挑戰。”

該研究發表在《自然通訊》雜誌上。