无阳极锂电池是怎么工作的？
无阳极电池已成为可再生电池领域的一种高性价比的替代技术。在无阳极电池设计中，只有一个富含锂的阴极直接连接到金属集电极上。当电池充电时，活跃的锂离子从阴极释放出来，沉积到金属集电极上，由金属集电极充当临时阳极。这使得锂放电的行为方式(化学上)与锂离子电池相似。
就能量密度的最大化而言，这种方法是有利的，与锂金属阳极相比，缺乏阳极使这些电池系统的生产制造拥有更低的成本，其复杂性也大大降低。然而，无阳极电池没有额外的锂源，所以没有办法补充在循环过程中随着时间的推移不可逆损失的锂离子。因此，为了使无阳极电池有足够的锂源保障，阴极就需要拥有尽可能高的锂含量，以便长时间保持高能量密度。
富锂阴极是关键
在可供选择的几种不同的富锂阴极中，硫化锂(Li2S)阴极是更有前途的一种，因为它们可以拥有高达66.7%的锂含量，因此它们被视为最佳的候选之一。由于采用了完整的锂离子结构，这些阴极在循环时的体积膨胀可以忽略不计，因此它们有潜力被制造成高负载阴极和固态电池。
研究表明，这些阴极可以提供mAhg-1的比容量，这可能会创造出重量能量密度高达Whkg-1和体积能量密度高达WhL-1的无阳极电池。值得注意的是，与其他电极相比，硫化锂没有氧分子，所以与其他电极的分子结构中含有某种形式的氧相比，与电池内的有机电解质发生的副反应更少。
然而，基于块状硫化锂组成的阴极往往具有较高的初始激活过电位，并且由于其绝缘的离子晶格和在有机电解质中溶解度较差而导致电荷动力学缓慢。人们正在寻找克服这一问题的方法，包括使用其他材料，如纳米材料，来克服阴极本身的任何问题。
准固态无阳极锂电池——表现值得期待
除了确保阴极负载高浓度的锂，并试图解决一些电荷问题外，电解质方面也在寻求方法，从使用液体电解质转向在固体基质中包含液体电解质的准固态电解质——高分子凝胶材料。
据公开资料显示，开发的准固态无阳极电池使用了无氧硫化锂阴极和一种不易燃的复合凝胶聚合物电解质(CGPE)，具有快速离子传输、良好的热稳定性和阻燃性。研究人员决定将高密度的MXene材料集成到阴极中，而不是使用纯硫化锂阴极。这种方法避免使用不活跃的辅助添加剂和重金属集电极，以最大限度地提高容量负载，并简化电极制造。
准固态无阳极锂电池
原则上，无阳极电池遵循与锂离子电池类似的锂路径。这些途径包括可溶性的多硫化锂离子作为氧化还原中间体，将硫化锂转化为硫和金属锂。电解质和阴极的组合防止活性氧和过量锂离子在阴极表面发生不受控制的放热反应。这防止了多硫化物离子从阴极流出并在阴极表面产生任何不可逆和非活性分子，并阻止了在电池内形成任何枝晶。
在阴极中加入MXene有助于利用MXene材料的吸电子位点来缓解纯硫化锂阴极中存在的激活和电荷问题。硫化锂-Mxene基质由极性基团组成，这确保了电池具有较高的氧化还原活性，使电池充电过程更高效。迄今为止，使用这种方法开发的电池在软包电池水平上表现出WhL-1的体积能量密度。
虽然能量密度还没有接近硫化锂阴极电池的理论值，但到目前为止的结果已经有了一个良好的开端，同时解决了其他依赖于液体电解质的无阳极电池的一些问题和不足。到目前为止，开发出的电池能够有效地引导锂在正负极上的平稳充放电过程，以防止枝晶生长，也能有效地减少电池内聚硫化物的发生。该电池寿命长，可逆性好，而且在进行滥用测试时，自放电水平较低，因此为其它准固态无阳极电池提供了一个很好的参照。