IT之 1 月 8 日消息，變革分子前沿科學(xué)中心孫浩教授團(tuán)隊于今日在《自然》（Nature）在線發(fā)表題為“High-voltage anode-free sodium-sulfur batteries”的研究論文。

這項(xiàng)研究將傳統(tǒng)堿金屬-硫電池體系的 S0/S2?低價態(tài)反應(yīng)路徑變革為 S0/S4+的價態(tài)反應(yīng)路徑，在國際上創(chuàng)電壓、無負(fù)的鈉硫電池新體系，有突破了放電電壓和安全方面的限制，為發(fā)展新一代大規(guī)模儲能技術(shù)提供了全新路徑。

8月17日，“天鯨號”起航前往平陸運(yùn)河入?？谑┕ざ?(無人機(jī)拍攝)。(平陸運(yùn)河集團(tuán)供圖)

室溫鈉硫電池具有元素豐度和低成本優(yōu)勢，是大規(guī)模儲能技術(shù)的重要候選路線。然而基于單質(zhì)硫到硫化鈉的低價態(tài)反應(yīng)路徑（S0/S2?）使電池的放電電壓普遍低于 1.6 V，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)鋰 / 鈉離子電池。同時，該低價態(tài)反應(yīng)導(dǎo)致負(fù)需要過量使用化學(xué)質(zhì)活潑的金屬鈉，鋼絞線廠家為電池制備及運(yùn)行帶來嚴(yán)重安全隱患。

針對上述挑戰(zhàn)，孫浩團(tuán)隊提出基于價態(tài)硫反應(yīng)路徑（S0/S4+）的電壓、無負(fù)的鈉硫電池體系（圖 1）?；?S/SCl4 的價態(tài)可逆反應(yīng)（理論容量為 3350 mAh/g），使該電池放電電壓大幅提升至 3.6 V，并能充電時在負(fù)原位生成鈉金屬，從而在電池制備過程中不使用鈉金屬，顯著提升了電池安全和成本益。

▲ 基于價態(tài)硫氧化反應(yīng)的電壓、無負(fù)鈉硫電池

該工作實(shí)現(xiàn)了鈉硫電池反應(yīng)從“低價態(tài)”到“價態(tài)氧化”的路線創(chuàng)新，動了電池結(jié)構(gòu)從“過量鈉金屬”向“無負(fù)結(jié)構(gòu)”的重要跨越。不僅突破了長期制約堿金屬-硫電池體系發(fā)展關(guān)鍵能局限，更為構(gòu)建低成本、可持續(xù)、能的新型儲能體系提供了理論依據(jù)與技術(shù)支撐，有望在大規(guī)模儲能、低空經(jīng)濟(jì)、人工智能、國防軍事等重大需求領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用。

上海交通大學(xué)變革分子前沿科學(xué)中心孫浩教授和復(fù)旦大學(xué)彭慧勝院士為論文共同通訊作者。變革分子前沿科學(xué)中心博士生耿世濤和袁斌（已畢業(yè)）為論文共同一作者。

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