强！上海交通大学博士生一作发《Nature》

近日，上海交通大学变革性分子前沿科学中心长聘教轨副教授、吕志和科学园入驻科学家孙浩团队在《Nature》在线发表题为“High-voltage anode-free sodium-sulfur batteries”的研究论文。团队成功研发了高电压、无负极钠硫电池新体系，创新了传统碱金属-硫电池的反应路径与结构设计。这项成果不仅实现了从低价态还原到高价态氧化的反应路径，更有望解决传统钠硫电池电压低、安全性差的难题。上海交通大学博士生耿世涛以第一作者身份，参与了这项创新成果的研发。

耿世涛

变革性分子前沿科学中心2022级博士生（学籍：化学化工学院，张江高等研究院属地化管理学生），师从变革性分子前沿科学中心长聘教轨副教授、吕志和科学园入驻科学家孙浩。博士期间研究方向聚焦于低成本、可持续的硫氯电池体系。其参与的研究成果发表于国际顶级学术期刊 Nature，论文报道了一种高电压无负极钠–硫电池新体系，通过引入高价态硫（S0/S4+）的可逆氧化还原反应，并结合新型含氯电解液设计，在无需预置金属钠负极的条件下实现稳定循环，为发展低成本、高能量密度储能技术提供了新的研究思路。此外，他还以第一作者或共同第一作者身份在 Nature Communications 等期刊发表多篇研究论文。

从前沿问题出发，而不是从结果开始

耿世涛的博士研究方向聚焦于低成本、可持续的硫氯电池体系。在他看来，科研的起点并不在于某一次性能提升，而在于对领域核心问题的持续追问。长期以来，钠–硫电池体系因反应路径受限、体系稳定性不足等问题，始终在电压和安全性上面临挑战。若沿用既有思路推进，研究很容易陷入性能优化的“局部改进”，却难以推动体系层面的演进。

正是在这样的背景下，团队开始重新审视硫在电化学反应中的角色。基于此前在卤族元素氧化还原体系中的研究积累，研究人员逐渐萌生出一个大胆的设想：是否有可能跳出传统低价态硫的反应框架，探索硫在更高价态下的可逆反应行为？这一问题，成为后续研究的重要起点。

实验室团队合影

在判断、分歧与失败中逼近答案

论文中提出的高价态硫（S0/S4+）可逆反应路径，并非一开始就被视为“稳妥选择”。在最初的探索阶段，团队也曾担忧该路径在动力学过程和循环稳定性方面面临巨大挑战。围绕反应机理、界面行为及体系可行性，团队多次展开深入讨论，并系统设计了大量预研实验加以验证。

研究的关键转折，出现在对含氯电解液组分进行重新设计之后。实验中，研究人员首次观察到单质硫在高价态下呈现出较为清晰的可逆充放电行为。这一现象此前从未在传统钠–硫电池体系中被报道，也让团队意识到，这或许并非一次偶然结果。与此同时，团队进一步将研究推进至“无负极”电池架构。相比传统结构，无负极钠–硫电池无需预置金属钠负极，而是在充电过程中依赖电解液中钠离子的原位沉积，在材料利用率和能量密度上具有显著优势。但正因如此，体系对界面稳定性和反应可控性的要求也更为严苛。如何高效利用生成的金属钠，同时抑制含氯电解液对关键界面的腐蚀行为，成为研究中最具挑战性的难题。

基于高价态硫氧化还原反应的高电压、无负极钠硫电池

真正让团队建立起信心的，并非单一性能指标的提升，而是一整套相互印证的证据链。通过原位拉曼光谱，研究人员直接捕捉到硫正极在循环过程中的高价态可逆转化；结合 X 射线光电子能谱分析，在负极侧观察到富含氮化物的稳定无机固态电解质界面（SEI）形成。这些微观结构与化学状态的直接证据，与体系在循环稳定性和倍率性能上的优异表现形成逻辑闭环，从机理层面验证了该体系的可靠性与可重复性。

在协作中完成研究，在反思中理解科研

作为一项高度协作的成果，这篇Nature论文的完成离不开团队的紧密配合。耿世涛在研究中主要负责整体实验方案设计、电化学性能测试、电池关键性能表征以及论文初稿撰写，与孙浩老师共同制定了详细的研究计划，并负责协调各实验模块的进度安排，同时及时对阶段性实验数据进行汇总与分析。另一位第一作者袁斌及课题组多位成员，也在电池性能系统性表征、材料制备与多维度表征测试中作出了重要贡献。

在耿世涛看来，高水平科研合作并非简单的分工执行，而是建立在充分沟通与反复验证基础上的共同判断。“分歧在研究中是常态，但真正重要的是回到数据本身，通过实验去回答问题。”正是在这样的协作机制下，研究思路得以不断修正、深化。

孙浩团队

回顾这项研究经历，他对“什么是好研究”也有了更深的理解。在他看来，真正有价值的研究，应当直面领域最关键的科学问题，具备源头性的创新，同时能够为后续研究提供启发性的方向。相比单一的性能突破，对反应机制和失效行为的深入理解，往往更具长期意义。“很多时候，看似不理想的实验结果，反而隐藏着最重要的信息。”耿世涛认为，学会分析失败、与失败对话，是科研过程中不可或缺的一部分。未来，他希望继续围绕硫基电池体系展开深入研究，在安全性、稳定性与应用潜力等方面持续探索，为新型储能技术的发展贡献力量。

文稿 | 洪瑀晴、耿世涛

编辑 | 李婧貤

责任编辑 | 郑雨涵