一项或许能改变储能游戏规则的技术,登上了《自然》杂志。2026年初,上海交通大学与复旦大学的研究团队联手,在顶级学术期刊上发布了一种全新的高电压无负极钠硫电池。这项研究最引人注目的,是它将这种电池的工作电压直接提升到了3.6伏,比传统版本翻了一倍还多。如果这项技术能走出实验室,可能会为大规模储能提供一个极具竞争力的新选项。
电压翻倍的秘密:改变硫的“反应剧本”
传统的室温钠硫电池有个“老大难”问题:放电电压太低,通常还不到1.6伏。为了提高性能,往往需要在负极使用过量的金属钠,这又带来了安全风险和成本压力。
这次,研究团队没有在原有框架里修修补补,而是选择改写“剧本”。他们颠覆了硫在电池中的反应路径,让它从一个接受电子被还原的低价态路径,转变为一个更容易失去电子被氧化的高价态路径。正是这个根本性的改变,将电池的放电电压推高至3.6伏。
为了实现这个大胆的设想,团队在电解液和催化剂上做了精巧的设计。他们选用了一种特殊的电解液体系,其中的关键组分能促使硫元素形成高价的四氯化硫中间体。同时,他们合成了一种新型催化剂,极大地提升了硫正极的反应活性和可逆性。
性能飞跃:不止于高电压
电压的提升带来了性能的全面跃升。这种新型钠硫电池的理论容量非常高,基于正负极总质量计算出的能量密度更是达到了惊人的水平,远超现有的储能电池。
循环寿命和温度适应性也表现不俗。电池在特定条件下能稳定循环1400次,并能在零下40度到零上80度的极端温度范围内工作,展现出很好的环境鲁棒性。
但最让人印象深刻的可能是它的安全性。这项技术采用了“无负极”设计——电池在制造时,负极一侧是“空”的,只在充电时才原位生成金属钠。这种设计大大减少了电池内部预先存在的活泼钠金属,从源头上降低了风险。实验显示,即使将软包电池在空气中剪开,它仍能继续工作一段时间而不发生热失控,所用的电解液本身也不可燃。
成本与应用:瞄准大规模储能的痛点
除了性能,成本是决定一项技术能否走向市场的关键。这项技术的优势在这里也很明显。
“无负极”设计本身就省去了制备和封装金属钠负极的复杂工序和成本。再加上钠和硫这两种元素在地壳中储量极其丰富(尤其是钠,其储量是锂的千倍级),使得电池的材料成本有望大幅降低。有估算认为,其最终成本可能只有目前主流磷酸铁锂电池的一半左右。
这样的特性,让它天然适合对成本极度敏感的大规模电网储能场景。研究团队已经成功制备出了安时级的电池样品,证明了其放大生产的潜力。更有趣的是,他们发现这种高价硫的反应路径具有一定的普适性,或许还能拓展到其他金属-硫电池体系,比如锂硫电池。
从实验室到产业,还有多远?
这项研究由上海交大孙浩副教授团队与复旦彭慧胜院士团队合作完成,并得到了多项国家科研基金的支持。它从反应机理到电池结构,都实现了一次重要的原创性突破。
当然,从一篇顶尖的《自然》论文,到稳定、可靠、能够规模化生产的储能产品,中间还有漫长的工程化道路要走。但它无疑为储能领域指明了一条充满想象力的新路径:利用地球上最丰富、最便宜的元素,通过精巧的化学设计,去制造安全、高效、低成本的储能电池。在能源转型的时代命题下,这样的探索,每一次突破都值得关注。
(责任编辑:子蕊)
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