上海交通大學×復旦大學合作發表最新Nature論文

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優勢，有望為傳統鋰基體系提供可持續儲能方案。然而，基于單質硫到硫化鈉的低價態反應路徑（S0/S2-）使電池放電電壓低（通常低于 1.6 V），遠低于傳統鋰/鈉離子電池。此外，該低價態反應導致負極需要過量使用化學性質活潑的金屬鈉，這為電池的制備及運行帶來嚴重安全隱患，從而嚴重限制了其實際應用。

2026 年 1 月 7 日，上海交通大學變革性分子前沿科學中心孫浩副教授團隊聯合復旦大學彭慧勝院士團隊（耿世濤、袁斌為論文共同第一作者），在國際頂尖學術期刊Nature上發表了題為：High-voltage anode-free sodium-sulfur batteries 的研究論文。

這項研究將傳統堿金屬-硫電池體系的 S0/S2- 低價態反應路徑變革為 S0/S4+ 的高價態反應路徑，在國際上首創了高電壓、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，為發展新一代大規模儲能技術提供了全新路徑。

在這項最新研究中，研究團隊提出了基于高價態硫反應路徑（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）的高價態可逆反應，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可逆的 S/SCl4 轉化與鈉金屬的沉積/剝離過程。該設計基于正負極總電極質量計算，可實現最高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 轉化反應，實現了 1206 mAh/g（硫+催化劑）的放電容量，基于總電極質量計算的能量密度達 2021 Wh/kg。

基于高價態硫氧化還原反應的高電壓、無負極鈉硫電池

該無負極鈉硫電池成本預估為 5.03 美元/千瓦時，具備優異可擴展性，突破了長期制約堿金屬-硫電池體系發展關鍵性能局限，為構建低成本、可持續、高性能的新型儲能體系提供了理論依據與技術支撐，在電網儲能、可穿戴電子設備等領域展現出巨大的應用潛力。

論文鏈接：

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