西安交大团队实现室温钠硫电池技术新突破

近日，西安交通大学王鹏飞、肖冰、刘梦婷研究团队在室温钠硫电池领域取得重要科研进展，通过重构硫的氧化还原反应路径，破解碳酸盐电解液体系下室温钠硫电池的固有技术瓶颈，为大规模长寿命储能电池开发提供新的技术方案，相关成果发表于国际期刊《德国应用化学》。

随着大规模储能产业快速发展，市场对低成本、高安全、长寿命储能电池需求持续提升。室温钠硫电池钠、硫元素地壳储量丰富，理论能量密度可达1274 Wh kg⁻¹，是极具产业化前景的储能技术路线。碳酸盐电解液成本低廉，还可抑制多硫化钠穿梭副反应，是室温钠硫电池的实用主流电解液体系。但该体系中硫发生固‑固转化反应，钠离子固相扩散阻力大，硫‑硫键断裂能垒较高，长期面临硫利用率偏低、极化严重、容量快速衰减等难题。过往多孔碳改性、杂原子掺杂、电解液添加剂等手段，只能优化原有反应动力学，无法从根源改变反应路径，难以突破体系局限。

针对上述痛点，西安交大电气学院团队采用限域热解策略制备铁原子分散多级孔碳载体Fe‑N‑C，在碳酸盐电解液环境中将硫的反应由传统“固‑固”转化重塑为高效“固‑液‑固”多级反应路径。系列表征证实，单原子铁位点是调控硫氧化还原路径的关键，Fe 3d与S 3p产生强轨道杂化，有效降低反应转化能垒，同时具备锚定多硫化物、抗钝化双重特性。电化学测试结果显示，基于该材料的Fe‑N‑C/S电极，在2 A g⁻¹电流密度条件下循环2000圈，单圈容量衰减仅0.024%，硫利用率得到明显提升。该技术可控生成液相中间体，在抑制亲核副反应的同时，规避严重界面劣化与容量损耗问题，为长寿命室温钠硫电池开辟全新技术思路。

据了解，该论文题为《碳酸盐电解液中氧化还原路径重构实现长寿命钠硫电池》。西安交通大学副教授刘梦婷、硕士研究生胡铃皎为共同第一作者，王鹏飞教授、肖冰教授与中南大学吴飞翔教授为共同通讯作者，研究第一单位为西安交通大学电工材料电气绝缘全国重点实验室新型储能与能量转换纳米材料研究中心。

此项研究得到国家自然科学基金、中国博士后科学基金、陕西省重点研发计划以及企业横向课题等多项经费支持，理论计算、表征测试依托西安交大高性能计算中心、分析测试共享中心完成。该成果对推动低成本钠基储能电池技术迭代，服务新型电力系统大规模储能建设具有参考价值。