瞿詩瑜

（陜西廣播電視大學，陜西 西安 710076）

社會經(jīng)濟的進步發(fā)展對于能源方面所表現(xiàn)出的需求愈發(fā)增長。與此同時，如何在能源方面實現(xiàn)更加理想的環(huán)境保護也成為當前階段全世界的重要議題[1]。由于風能、潮汐能、太陽能等新型能源具有儲量大、成本低等優(yōu)勢，得到了業(yè)界極高重視并廣泛應用，然而其功能的發(fā)揮會受到一系列自然因素的影響，如天氣、時間、地理位置等[2]。由此可見，依托二次能源技術開展能量儲存和轉換是十分必要的，對于能源供應的穩(wěn)定性有著積極的促進作用。

近年來，鋰硫電池等二次能源技術受到了廣泛關注，與傳統(tǒng)能源存儲和轉換裝置進行比較而言，此類裝置的便攜性和清潔性更高，同時由于其能量密度更高，在能量轉換效率上的表現(xiàn)效果更加理想，實際使用壽命和應用安全性也更具優(yōu)勢[3]。在能源存儲和轉換上會涉及到電極和電解質材料這一重要組成部分，而ALD技術能夠為材料制備及改性提供有效支持，下文將對ALD技術與鋰硫電池的結合應用做出分析。

1 ALD技術的原理

ALD的技術原理主要是依托脈沖控制以交替的形式讓氣相前驅體進入到反應腔室，當氣象前驅體與基體表面產(chǎn)生單層化學吸附后，反應會在吸附飽和后以自動形式結束，這便是自限制性特征，接著發(fā)揮惰性載氣的功能完成對腔室的清洗，進而獲取到單分子薄膜，這便是ALD技術的一個循環(huán)周期反應[4]。薄膜整體厚度的控制可以通過對ALD反應周期數(shù)的改變來實現(xiàn)，周期數(shù)與控制的精準程度存在密切關聯(lián)。

對于ALD循環(huán)而言，其存在相應的循環(huán)反應周期：首先，基底表面-OH與第1種前驅體三甲基鋁的化學吸附反應，新的-OH基團在此條件下產(chǎn)生[5]；其次，在惰性氣體的支持下將腔室中前驅體殘余以及副產(chǎn)物CH4予以清除；接著，新-OH基團與第2種前驅體水的化學吸附反應，生成新-OH；最后，重復腔室清除處理。

2 ALD技術在鋰硫電池電極材料方面的應用

首先，對于鋰硫電池中的反應來說，其中最為主要的便是單質硫與金屬鋰發(fā)生的反應。由于存在穿梭效應，電池循環(huán)性能會受到不同程度的影響，因此，為了更好把控穿梭效應，針對硫與電解液做出組合，以金屬氧化物阻隔層的形式達到提升循環(huán)性能的效果[6]。通過傳統(tǒng)濕法化學方式所做出的阻隔通常無法確保實際效果的均一性和致密性。在ALD技術的支持下便可以在材料表面構筑起致密薄膜，既可以對材料在電解液中的溶解和流失做出有效把控，還可以通過對沉積薄膜厚度的控制實現(xiàn)薄膜的平衡性，最大限度上不對材料導電性產(chǎn)生不利影響。

其次，正極材料與鋰硫電池性能存在密切聯(lián)系，有關鋰硫電池的正極材料問題是當前階段的重點議題，本文也針對正極材料問題展開分析：

通常而言，質量分數(shù)為30%～60%的低硫負載量會對電池的總容量產(chǎn)生影響；然而一旦硫負載超出70%，那么電池循環(huán)穩(wěn)定性便無法得到充分保障，穩(wěn)定性便會隨著負載過高而出現(xiàn)降低的情況。因此，在相關工作中要針對高硫負載以及正極材料穩(wěn)定性予以重視，除了可以應用當前階段廣為熟知的石墨烯以外，對單質硫載體材料類型做出拓展。例如，樹木為了維持自身的新陳代謝，需要通過自身所存在的孔道來實現(xiàn)對水、離子和小分子等營養(yǎng)物質的傳輸，此類孔隙對于硫的存儲能夠發(fā)揮重要功能。天然碳纖維受到高溫碳化處理的影響會表現(xiàn)出更加優(yōu)質的導電性能，多孔結構的保留完整性也較為理想。然而受到此類天然孔道過于寬大的影響，對多硫化物的控制效果不理想。這種條件下可依托ALD技術讓5 nm厚的Al2O3沉積于天然碳纖維上，既能夠實現(xiàn)對碳纖維放入孔徑的有效控制，同時能夠對多硫化物的穿梭做出限制和把控，經(jīng)過試驗得出，其儲硫能力高達70%左右，表現(xiàn)出較為理想的技術應用效果。

最后，利用ALD技術對鋰硫電池正極材料做出表面改性，可以實現(xiàn)對硫化物與電解液接觸的有效把控，以此避免在此影響下硫產(chǎn)生不必要的溶解流失情況，進而確保硫的實際利用率能夠滿足預期要求。

3 總結和展望

通過上文就ALD技術在鋰硫電池中的應用分析可以明顯看出，在新型能源材料的制備及合成改性上ALD擁有良好表現(xiàn)，能給為鋰硫電池正極材料優(yōu)化設計提供重要支持。與傳統(tǒng)的材料合成方法進行比較而言，ALD技術在實際應用中表現(xiàn)出較大優(yōu)勢：首先，ALD技術可以針對不同類型材料實現(xiàn)表面改性，表現(xiàn)出更加理想的適應性。目前，在ALD反應前驅體的不斷研究、開發(fā)的應用的支持下，ALD技術在合成上所適用的材料類型也愈發(fā)拓展；其次，實踐應用ALD技術能夠實現(xiàn)對反應產(chǎn)物生成量更加準確的把控，可以根據(jù)具體需求對材料進行設計及合成，使合成材料的結構及實際性能能夠充分滿足預期需求；再次，與其他薄膜制備技術進行比較而言，依托ALD技術所完成的薄膜制備，擁有更加理想的細致、均一和精密性，同時在保形性上也表現(xiàn)出更好的應用優(yōu)勢。

新一代能源材料的合成及制備對于自身結構和性能提出了更高要求，而ALD技術恰恰能夠為此項工作提供良好的技術支持。雖然近年來學術界針對ALD技術與能源材料的技術結合應用開展了廣泛研究，然而從實際情況上不難看出依舊存在較大提升空間。在金屬氧化物、金屬氮化物等類型材料的制備中ALD技術可以充分發(fā)揮其優(yōu)勢，然而ALD技術與金屬單質、非金屬單質等材料制備的結合應用上會受到諸多要素的影響，進而受到技術應用限制。此外，在沉積速率上與PVD等方法進行比較而言，ALD技術無法取得較為理想成效，這便導致此項技術方法在納米級以上的材料制備中應用較少；ALD反應過程中由于受到前驅體氣體和副產(chǎn)物殘留的影響，會導致成膜質量無法得到有效保障。因此，要對此類ALD技術應用中存在的問題予以關注，將其作為后續(xù)研究工作的重點。能源的存儲和轉換等領域的發(fā)展能夠為緩解能源環(huán)境問題提供有益支持，可見ALD技術有著廣闊的發(fā)展前景。