山东
IT之家 1 月 8 日消息，上海交通大学变革性分子前沿科学中心孙浩副教授团队于今日在《自然》（Nature）在线发表题为“High-voltage anode-free sodium-sulfur batteries”的研究论文。
这项研究将传统碱金属-硫电池体系的 S0/S2−低价态反应路径变革为 S0/S4+的高价态反应路径，在国际上首创高电压、无负极的钠硫电池新体系，有效突破了放电电压和安全性方面的限制，为发展新一代大规模储能技术提供了全新路径。
室温钠硫电池具有高元素丰度和低成本优势，是大规模储能技术的重要候选路线。然而基于单质硫到硫化钠的低价态反应路径（S0/S2−）使电池的放电电压普遍低于 1.6 V，远低于传统锂 / 钠离子电池。同时，该低价态反应导致负极需要过量使用化学性质活泼的金属钠，为电池制备及运行带来严重安全隐患。
针对上述挑战，孙浩团队提出基于高价态硫反应路径（S0/S4+）的高电压、无负极的钠硫电池体系（图 1）。基于 S/SCl4 的高价态可逆反应（理论容量为 3350 mAh/g），使该电池放电电压大幅提升至 3.6 V，并能充电时在负极原位生成钠金属，从而在电池制备过程中不使用钠金属，显著提升了电池安全性和成本效益。
▲ 基于高价态硫氧化还原反应的高电压、无负极钠硫电池
该工作实现了钠硫电池反应从“低价态还原”到“高价态氧化”的路线创新，推动了电池结构从“过量钠金属”向“无负极结构”的重要跨越。不仅突破了长期制约碱金属-硫电池体系发展关键性能局限，更为构建低成本、可持续、高性能的新型储能体系提供了理论依据与技术支撑，有望在大规模储能、低空经济、人工智能、国防军事等重大需求领域发挥关键作用。
上海交通大学变革性分子前沿科学中心孙浩副教授和复旦大学彭慧胜院士为论文共同通讯作者。变革性分子前沿科学中心博士生耿世涛和袁斌（已毕业）为论文共同第一作者。
IT之家附论文链接：
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