近日，上海交通大學(xué)變革性分子前沿科學(xué)中心孫浩副教授團隊在新型儲能技術(shù)領(lǐng)域取得關(guān)鍵進展。研究團隊提出了一種高電壓、無負極的鈉硫電池體系，有望突破傳統(tǒng)鈉硫電池在放電電壓和安全性方面的瓶頸，為發(fā)展下一代大規(guī)模儲能技術(shù)開辟全新路徑。相關(guān)成果于1月8日發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》上。

室溫鈉硫電池因硫、鈉元素儲量豐富、成本低廉，被視為大規(guī)模儲能的重要方向。然而，傳統(tǒng)電池依賴單質(zhì)硫到硫化鈉的低價態(tài)反應(yīng)路徑，導(dǎo)致放電電壓普遍低于1.6伏。該反應(yīng)還需在負極使用大量活潑的金屬鈉，不僅增加制備復(fù)雜性，也帶來嚴重安全隱患。

針對上述問題，研究團隊提出了單質(zhì)硫到四氯化硫的高價態(tài)硫反應(yīng)路徑，由此首創(chuàng)高電壓、無負極的鈉硫電池體系，使放電電壓提升至3.6伏，并在電池制備時完全避免使用金屬鈉，從而大幅提升了安全性。

“硫具有-2到+6的豐富價態(tài)，過去50年研究主要利用0到-2價儲能。”孫浩解釋說，“我們希望另辟蹊徑，開拓0到+4價的新路徑，以突破低電壓限制。但是硫的高價態(tài)轉(zhuǎn)化極具挑戰(zhàn)，好比攀登珠峰。我們提出的催化活化策略，就像在山腳下建立珠峰大本營，同時引入氯原子作為‘向?qū)А瑓f(xié)助硫逐步被氧化，最終成功‘登頂’至高價態(tài)。這一過程意外地避免了負極鈉金屬使用，可謂一舉解決了電壓與安全兩大核心難題?！?/p>

該研究實現(xiàn)了鈉硫電池從“低價態(tài)還原”到“高價態(tài)氧化”的路線革新，推動了電池結(jié)構(gòu)從“過量鈉金屬”向“無負極結(jié)構(gòu)”的重要跨越。不僅突破了長期制約堿金屬-硫電池發(fā)展的性能局限，也為構(gòu)建低成本、可持續(xù)、高性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)濟及人工智能等重大需求領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用。