电池图显示了锂离子如何返回锂电极，而多硫化锂不能穿过分隔电极的膜。

一种新的受生物启发的电池膜使一种容量为行业标准锂离子设计的五倍的电池能够运行为电动汽车供电所需的一千多次循环。来自美国密歇根大学的一个团队表明，从凯夫拉纤维中回收的芳纶纳米纤维网络可以使锂硫电池克服其循环寿命的致命弱点--即它可以被充放电的次数。

领导这项研究的欧文-朗缪尔大学化学科学与工程特聘教授尼古拉斯-科托夫说："有许多报告声称锂硫电池有几百次循环，但这是以牺牲其他参数--容量、充电率、复原力和安全性为代价实现的。如今的挑战是制造一种电池，将循环率从以前的10次循环提高到数百次循环，并满足其他多种要求，包括成本。这些电池的仿生工程整合了两个尺度--分子和纳米尺度。我们第一次整合了细胞膜的离子选择性和软骨的韧性。我们的综合系统方法使我们能够解决锂硫电池的总体挑战。"

此前，他的团队曾依靠注入电解质凝胶的芳纶纳米纤维网络来阻止循环寿命短的主要原因之一：从一个电极长到另一个电极的树枝，刺穿膜。芳纶纤维的韧性阻止了树枝状物的出现。

但锂硫电池有另一个问题：锂和硫的小分子形成并流向锂，附着在自己身上并降低电池的容量。膜需要允许锂离子从锂流向硫并返回-并阻挡锂和硫的颗粒，称为多硫化锂。这种能力被称为离子选择性。

化学工程博士后研究员、《自然-通讯》上这篇论文的共同第一作者艾哈迈德-埃姆雷说："受生物离子通道的启发，我们为锂离子设计了高速公路，其中多硫化锂不能通过收费站。"

锂离子和多硫化锂的大小相似，所以通过制作小通道来阻挡多硫化锂是不够的。模仿生物膜的孔隙，马萨诸塞大学的研究人员在电池膜的孔隙中加入了电荷。

他们通过利用多硫化锂本身来做到这一点。它们粘在芳纶纳米纤维上，其负电荷排斥继续在硫磺电极上形成的多硫化锂离子。然而，带正电的锂离子则可以自由通过。

科托夫说："实现多种材料特性的多种参数的记录水平是现在汽车电池所需要的。这有点类似于奥运会的体操--你必须在各个方面都做到完美，包括其生产的可持续性。"

作为一个电池，Kotov说，该设计 "几乎完美"，其容量和效率接近理论极限。它还可以处理汽车生活中的极端温度，从全日照下充电的热量到冬天的寒气。然而，现实世界的循环寿命可能会因为快速充电而缩短，更像是1000个循环，他说。这被认为是一个十年的寿命。

除了更高的容量，锂硫电池比其他锂离子电池具有可持续性优势。硫磺比锂离子电极的钴要丰富得多。此外，电池膜的芳纶纤维可以从旧防弹背心中回收。