中國新型鋰硫電池問世：高能量密度與部分太陽能充電能力

聚合物-二氧化鈦夾層實現電荷高效分離，通過光驅動硫反應打造高容量、高穩定性、可光輔助充電電池。

中國科研人員在釋放鋰硫電池潛力方面取得重要進展——該技術長期被視為當代鋰離子電池的下一代替代方案。西北工業大學團隊研發出一款太陽光輔助電池正極，攻克了該領域長期存在的關鍵難題：緩慢低效的硫反應動力學。通過將光催化材料與柔性碳布結合，該電池可利用光線驅動充電過程中的化學反應。

研究團隊表示，該設計實現了接近理論值的能量存儲性能，并能單獨利用太陽光進行部分充電，為離網能源系統開辟了新可能。

光能增強型鋰硫電池

日益嚴峻的資源短缺與污染問題推動著對清潔可循環能源技術的需求。鋰硫電池因其儲能潛力遠超當前鋰離子電池而被視為有力候選者。但在實際應用中，硫及其中間產物多硫化物反應緩慢且效率低下，導致電池性能受限。

利用外部物理場輔助反應是頗具前景的解決方案，其中光能尤具吸引力。通過光催化作用，光可加速多硫化物反應，使電池直接存儲太陽能，減少充電過程中的電能消耗。然而，設計合適的光響應電極難度極高。

中國研究人員開發出一種柔性自支撐光電極：通過在碳布上生長聚吡咯改性、氮摻雜的二氧化鈦材料，攻克了鋰硫電池的關鍵瓶頸。這類電池效率常因長鏈多硫化物在電池內遷移并最終形成絕緣化合物硫化鋰而衰減，造成活性材料浪費。光能雖可加速硫反應，但多數光電極因光生電荷快速復合而性能不佳。

在新設計中，導電聚合物層與二氧化鈦協同作用形成內建電場，實現了電荷有效分離，顯著提升了可見光驅動硫氧化還原反應的效率。該電池因此具備高容量、強循環穩定性、高功率運行能力，甚至能直接利用光能進行部分充電。

雙模供能電池

這種新電池設計通過光輔助電化學反應實現了顯著性能提升：

首先，硫反應速率大幅加快。關鍵反應阻力（塔菲爾斜率）從122毫伏每十倍程降至48毫伏每十倍程，表明電荷轉移更順暢。硫化鋰成核時間從3600秒縮短至3010秒，同時電池容量提升17%。

該電池還具備電能與光能雙模供能能力，其太陽能-輸出效率達0.33%。在簡單演示中，一枚紐扣電池在光照下驅動玩具車行駛288厘米（黑暗中為212厘米）。于正常陽光下充電2小時后，同枚電池可額外驅動玩具車行駛77厘米，驗證了直接光充電的可行性。

長期測試顯示該電池具有良好的耐久性，在0.5C倍率下循環328次后容量保持率達61.7%。深入分析證實，光照能維持電池內阻處于低位，抑制了不必要的副反應。展望未來，這種柔性光正極可通過卷對卷涂層技術實現大規模生產，為太陽能輔助電動汽車和高空無人機（每縷陽光都至關重要）等領域提供新路徑。

該研究成果已發表于國際期刊《納微快報》。

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