編輯丨王多魚

排版丨水成文

室溫鈉硫電池因其元素豐度高且具備理論電化學(xué)優(yōu)勢，有望為傳統(tǒng)鋰基體系提供可持續(xù)儲能方案。然而，基于單質(zhì)硫到硫化鈉的低價態(tài)反應(yīng)路徑（S0/S2-）使電池放電電壓低（通常低于 1.6 V），遠低于傳統(tǒng)鋰/鈉離子電池。此外，該低價態(tài)反應(yīng)導(dǎo)致負極需要過量使用化學(xué)性質(zhì)活潑的金屬鈉，這為電池的制備及運行帶來嚴(yán)重安全隱患，從而嚴(yán)重限制了其實際應(yīng)用。

2026 年 1 月 7 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聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)彭慧勝院士團隊（耿世濤、袁斌為論文共同第一作者），在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature上發(fā)表了題為：High-voltage anode-free sodium-sulfur batteries 的研究論文。

這項研究將傳統(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+ 的高價態(tài)反應(yīng)路徑，在國際上首創(chuàng)了高電壓、無負極的鈉硫電池新體系，有效突破了放電電壓和安全性方面的限制，為發(fā)展新一代大規(guī)模儲能技術(shù)提供了全新路徑。

在這項最新研究中，研究團隊提出了基于高價態(tài)硫反應(yīng)路徑（S0/S4+）的高電壓、無負極的鈉硫電池體系，基于硫/四氯化硫（S/SCl4）的高價態(tài)可逆反應(yīng)，該電池的放電電壓大幅提升至3.6 V，并能充電時在負極原位生成鈉金屬，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性和成本效益。

該研究表明，二氰胺鈉（NaDCA）可在不可燃氯鋁酸鹽電解液中同步實現(xiàn)可逆的 S/SCl4 轉(zhuǎn)化與鈉金屬的沉積/剝離過程。該設(shè)計基于正負極總電極質(zhì)量計算，可實現(xiàn)最高1198 Wh/kg 的能量密度和 23773 W/kg 的功率密度。此外，通過在硫正極中引入負載量 8 wt% 的鉍配位共價有機框架催化劑，顯著促進了 S/SCl4 轉(zhuǎn)化反應(yīng)，實現(xiàn)了 1206 mAh/g（硫+催化劑）的放電容量，基于總電極質(zhì)量計算的能量密度達 2021 Wh/kg。

基于高價態(tài)硫氧化還原反應(yīng)的高電壓、無負極鈉硫電池

該無負極鈉硫電池成本預(yù)估為 5.03 美元/千瓦時，具備優(yōu)異可擴展性，突破了長期制約堿金屬-硫電池體系發(fā)展關(guān)鍵性能局限，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，在電網(wǎng)儲能、可穿戴電子設(shè)備等領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用潛力。

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-025-09867-2