上海交通大学×复旦大学合作发表最新Nature论文

编辑丨王多鱼

排版丨水成文

室温钠硫电池因其元素丰度高且具备理论电化学优势，有望为传统锂基体系提供可持续储能方案。然而，基于单质硫到硫化钠的低价态反应路径（S0/S2-）使电池放电电压低（通常低于 1.6 V），远低于传统锂/钠离子电池。此外，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，这为电池的制备及运行带来严重安全隐患，从而严重限制了其实际应用。

2026 年 1 月 7 日，上海交通大学变革性分子前沿科学中心孙浩副教授团队联合复旦大学彭慧胜院士团队（耿世涛、袁斌为论文共同第一作者），在国际顶尖学术期刊Nature上发表了题为：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，在国际上首创了高电压、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。

在这项最新研究中，研究团队提出了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，基于硫/四氯化硫（S/SCl4）的高价态可逆反应，该电池的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。

该研究表明，二氰胺钠（NaDCA）可在不可燃氯铝酸盐电解液中同步实现可逆的 S/SCl4 转化与钠金属的沉积/剥离过程。该设计基于正负极总电极质量计算，可实现最高1198 Wh/kg 的能量密度和 23773 W/kg 的功率密度。此外，通过在硫正极中引入负载量 8 wt% 的铋配位共价有机框架催化剂，显著促进了 S/SCl4 转化反应，实现了 1206 mAh/g（硫+催化剂）的放电容量，基于总电极质量计算的能量密度达 2021 Wh/kg。

基于高价态硫氧化还原反应的高电压、无负极钠硫电池

该无负极钠硫电池成本预估为 5.03 美元/千瓦时，具备优异可扩展性，突破了长期制约碱金属-硫电池体系发展关键性能局限，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，在电网储能、可穿戴电子设备等领域展现出巨大的应用潜力。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09867-2