改进的电池技术不仅仅是更好的电解质或物理配置的问题，还包括电池的电极——阳极和阴极。由核科学与工程和材料科学与工程教授李巨和麻省理工学院博士后薛维江(以及其他13人)领导的一个团队，专注于阴极以及阴极材料和制造中的权衡。该团队设计出了他们所说的在阴极性能和电池性能上的显著改进。
大多数锂离子电池的阴极是由过渡金属氧化物制成的，但锂硫电池面临着一个权衡。它们的阴极有两种制作方法:
插层式使用具有高体积能量密度的化合物，如锂钴氧化物。这些阴极保持其结构和尺寸，同时将锂原子合并到晶体结构中。
•转换型使用在结构上发生转变并暂时溶解在电解液中的硫。“理论上，这些(电池)有很好的重力能量密度，”李说。“但体积密度很低，”部分原因是它们往往需要大量额外的材料，包括用于提供导电性的过量电解质和碳。
研究人员使用一种名为Chevrel-phase Mo的硫化钼，将两种方法合并成一个单一的阴极6年代8还有纯硫(图1)这种组合既能提供两者的最佳特性，又没有它们的缺点。Li指出，这种复合材料的导电性相对较高，这就减少了对碳的需求，并将典型硫阴极的总体体积从20% - 30%缩小到10%左右。
1.这篇关于杂化钼硫碳(HMSC材料)化学制造过程的高级概述没有展示所有的细节，这些细节已在已发表的论文和补充材料中提供。(来源:麻省理工学院)
新设计的能量密度为360 W-hr/kg和580 W-hr/l，而商用锂离子电池的能量密度分别为250 W-hr/kg和700 W-hr/l, Li-S电池的能量密度为400 W-hr/kg和400 W-hr/l(图2)．该团队相信，通过进一步的细化和优化，他们可以提高这些数字。李教授说:“我们认为我们可以达到每公斤400瓦特小时和每升700瓦特小时。”
2.如图所示，电化学活性ch伏尔相为6.1 mg/cm Mo的Li|HMSC(杂化钼硫碳)硬币电池的电化学性能6年代8在0.5 mA/cm范围内，不同电流密度下的充放电曲线(a)和速率能力(b)2马6 /厘米2；1 mA/cm的循环寿命和库仑效率2(c)。(来源:麻省理工学院)
当然，实验室中的电池和生产中的电池是不同的情况。研究人员从小型硬币电池开始，但他们也生产了具有三层袋(标准结构)容量为1 a - hr的电池，这是商业电池的范围(图3)．
3.Li|HMSC细胞的Eg和Ev:由HMSC阴极(6.9 mg/cm)构建的硬币电池结构2年代8+ 6.8毫克/厘米2莫6年代8)， E/AM比为~1.5µl/mg (a);由E/AM比~1.2 μl/mg和~2 × Li过剩(一侧100 μm) (DOD =放电深度)的HMSC阴极构建的袋状电池结构(b);基于数据和代表性出版物的全电池能量密度预测比较(c)。
这种新结构确实有一个公认的弱点:在失去容量之前，它能提供的充放电循环次数有限。Li认为，这主要是电池整体设计的一个功能，而不是新的阴极本身，并指出，在许多应用中——例如远程无人机——这种循环对成功来说并不像重量和体积的能量密度那么重要。
他们的论文“插层转换混合阴极使Li-S全电池结构具有联合优越的重量和体积能量密度”,发表在自然能源，提供完整的细节，以及补充信息(可获得无锁版在这里)．这项工作得到了三星先进技术研究所、中国国家关键技术研发计划、中国国家科学基金和麻省理工学院材料科学与工程系的支持。
