锂硫电池是以硫元素作为正极、金属锂作为负极的一种电池，其理论比能量密度可达2600wh/kg，实际能量密度可达450wh/kg。同时单质硫价格低廉、产量丰富、环境友好，是目前最接近产业化的高比能电池技术。
国际上，锂硫电池的代表性研发厂商有美国的sionpower、polyplus、moltech，英国oxis及韩国三星等，其中以sionpower公司的结果最具代表性。2010年，sionpower公司将锂硫电池应用在无人机上，白天靠太阳能电池充电，晚上放电提供动力，创造了无人机连续飞行14天的纪录，是锂硫电池较为成功的应用实例。在国内，锂硫电池的研究主要集中在中科院大连化物所、中国防化研究院、北京理工大学等科研单位，在近年内取得迅速发展。目前，国内所开发的锂硫电池在能量密度上已经处于世界领先地位（>450wh/kg），但是正常充放电几十次之后，能量密度就大幅度衰减，其循环寿命亟待提高。
近年来，锂硫电池是世界各国竞相研发的尖端技术，其产业化前景被普遍看好。如何大幅提高该电池的充放电循环寿命、使用安全性，将成为锂硫电池产业化发展的关键。
金属空气电池技术
笔者1988年在日本九州大学综合理工学院获得工学博士，准备回国工作，请教恩师今后如何选择研究方向时，恩师回答我：“如果要做材料，建议你研究低维材料（纳米超细粉、纳米线及纳米膜材料），如果要做电池，建议你关注金属空气电池。金属空气电池的关键和难点是空气电极材料和结构，如果能解决空气电极的问题，电池技术就会产生革命化的进步。”20多年过去了，金属空气电池特别是锂—空气电池已经引起了人们的高度关注，并取得许多重大进展。
锂—空气电池以金属锂为负极，空气中的氧为正极活性物质，通过锂与氧之间的电化学反应，实现电能与化学能的相互转化。该电池理论能量密度可达约3500wh/kg，为锂离子电池的10倍，与汽油接近。着眼于锂—空气电池的潜在应用前景，世界各国纷纷开展相关研究工作。ibm公司一直致力于“电池500”项目，期望实现电动汽车一次充电续航500英里的目标；而日本的旭化成等企业的加入将推动隔膜与电解液的研究。
锂—空气电池并非全新概念，其最早由洛克希德公司研究人员于1976年提出。1996年，abraham等人提出有机电解液体系，开创了锂—空气电池研究新局面。目前，锂—空气电池的研究主要集中于正极，其直接决定了电池的各项性能指标。能量密度方面，最具代表性的便是石墨烯类材料。美国西北太平洋国家实验室的研究人员，制备了一种具有气泡式结构的分层石墨烯材料，实现了约15000mah/g的放电比容量，远超现有锂离子电池。
然而，锂—空气电池充放电过程中生成的含氧中间态产物会与碳材料、电解液等发生化学反应，导致大量副产物的生成（如碳酸锂等），极大地影响了电池的循环过程，是制约其发展的瓶颈问题。bruce等人将多孔金和碳化钛用于正极，可有效抑制副反应，100次循环容量保持率大于95%。
高能量密度是锂—空气电池的主要优势，而循环稳定性是其技术发展的关键和面临的难题。另一方面，金属锂的纯化和锂负极保护与充放电过程中的枝晶抑制，高活性正极催化组分以及选择性透氧膜的开发，电池结构设计集成技术等均是其实用化过程需要有效解决的问题。
（作者系中国科学院大连化学物理研究所研究员）
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