技术2026年10月6日

研究团队希望进一步提升锂硫电池的潜力

范德比尔特大学和马里兰大学的科学家们提出了一种新的细胞化学方法，有望显著提升锂硫电池的能量密度。通过引入氯元素，该方案能够在更高电压下实现额外的电子传输。

图表来源：范德比尔特大学

由于硫元素储量丰富，且单位重量下能储存的电量远高于传统锂离子电池，锂硫电池长期以来被视为其极具前景的替代品。然而，要使其具备耐用性和实用性至今仍面临诸多挑战。

在《自然·能源》杂志上发表的一项研究中，来自美国范德比尔特大学和马里兰大学的团队描述了一种新方法，该方法让硫参与额外的储能反应。其结果是一种基于硫的电池，它能工作在更高的平均电压下，并储存更多电量。

在传统体系中，每个硫原子会交换两个电子，而这种新型体系则引入了氯元素，以便传递第三个电子。实验室测试表明，这使硫的存储容量提升了约58%，平均工作电压也从2.05伏上升至2.54伏。由于充电存储能力与电压均得到提升，实验用的电池单元中1公斤硫能够储存超过1,700瓦时的能量。

为确保反应的可逆性，研究人员通过分子模拟设计了电解质。该电解质既能保持氯的活性，又能防止生成的硫氯化物溶解并迁移到锂金属阳极上。

多种光谱技术证实，在充放电过程中硫会反复在两种状态之间转换。经过100次充放电循环后，这种新型袋式电池仍保留了初始容量的78％。

不过要实现商业化应用还有许多工作要做，因为该原型使用了金属锂负极以及大量电解质。科学家们综合考虑了电池的所有关键组件，而不仅仅是电极本身，估计这种技术有望使电池的比能量达到477瓦时/千克，这一数值比现有的传统锂硫电池系统高出约37％。

“传统上对锂硫电池的看法使得硫的部分氧化还原性能未被利用，”范德比尔特大学化学工程与化学教授、该研究的共同通讯作者江德恩说道。“我们想探究是否能够拓展硫的氧化还原能力，并利用它来储存更多能量。”