最新研究表明，未来电池的充放电次数或将增加至少一倍。

据外媒12月15日消息，澳大利亚阿德莱德大学（University of Adelaide）的研究人员

近日在硫电池技术方面取得重大进展，相关研究成果发表在《自然-通讯》杂志上。

据该大学能源与催化材料中心主任乔世璋教授介绍，研究人员设计了一种全新的高效电极材料，来催化电池反应并提高金属硫电池的耐用性。

他表示，金属硫电池具有低成本和高能量密度的特点，是下一代储能设备的主要选项之一。然而，该类电池的循环耐久性普遍较差，可以充电的次数有限。研究人员针对该问题进行了改进，他们所设计的新型硫金属电池充放电次数可达10000次。

在相同重量的情况下，金属硫电池存储的能量可达目前一代锂离子电池的2倍以上。其中，钠硫电池的成本更是比锂离子电池便宜数倍，使用的材料也具有环保性，未来可能成为电动汽车以及手机、笔记本电脑等电子产品供电的主流能源。

随着能源转型的加速，未来电池的需求量将不断加大。该研究为新一代金属硫电池的开发提供了新的可能性，有助于在确保能源安全可靠的同时，进一步降低能源成本。

“这些基础研究进展将有助于提升高性能金属硫电池的合理设计，并促进大规模储能技术的发展。”乔世璋预计，“在研究成果的支持下，金属硫电池有望在5-10年内成为储能行业的可行方法，无论是从技术上还是经济上来看。”

金属硫电池是一种以硫为正极、以金属为负极的电池。而钠硫电池（NaS）是金属硫电池的一种，具有体积小、容量大、寿命长、效率高等特点。虽然目前的技术水平下，钠硫电池能量密度只能达到150-240瓦时/千克，但理论上钠硫电池能量密度最高可达760瓦时/千克。

根据新思界产业研究中心发布的《2021-2025年金属硫电池行业深度市场调研及投资策略建议报告》显示，由于金属硫电池正极材料硫的理论比容量高，负极材料需要采用同样高容量的金属，主要有锂、钠、铝、镁等，电解液一般采用可良好溶解中间反应产物的醚类。

目前，学界对金属硫化物电沉积和动力学机理的基本认识有限。硫阴极中的金属硫化物电沉积缓解了多硫化物的穿梭效应，从而在二次金属硫电池中实现高库仑效率。基于此，乔世璋教授研究团队使用室温钠硫电池作为模型系统，提出了一种Mo5N6阴极材料，可以显著催化硫化钠（Na2S）电沉积，并提高钠硫电池的性能。


Mo5N6、MoN和Mo2N的原子和电子结构表征与乔世璋团队从阴极材料着手的研究方向不同，美国的一支研究团队通过调整电解液的组成改善了钠硫电池的性能，能在历经300次充放电后保持性能稳定。此前，美国科学家在《美国化学学会杂志》上发表论文称，他们研制出了一种新式钠硫电池。通过调整电解液的组成防止硫溶解，解决了钠电池普遍面临的穿梭和枝晶等问题，让电池的寿命更长、安全性更高。

研究人员解释称，在以前的钠硫电池电解液中，由硫形成的中间化合物会溶解在电解液中，并在电池内的两个电极之间穿梭，导致材料损失、部件退化和枝晶形成。而他们调配的新电解液采用惰性（不参与化学反应）溶剂稀释浓盐溶液，从而使电解液保持“半溶解”状态。

该研究负责人、美国得克萨斯大学奥斯汀分校材料研究所所长阿鲁姆甘·曼提拉姆教授说：“钠和硫含量丰富，对环境无害，而且成本更低，钠硫电池堪称一种‘梦想电池’。”

目前市面上主流的锂离子电池正面临原材料涨价、供应链不稳定的瓶颈。其主要材料锂和钴不仅储量短缺，而且开采过程会对环境产生一定的负面影响，包括使用大量地下水、污染土壤和水源、碳排放高等。而钠硫电池的主要材料钠和硫易得性更强，价格较低的同时也更环保。地球上钠元素的含量是锂元素的400多倍，且钠离子可以从海洋中提取。如果未来钠电池可以在一定程度上替代锂电池，那么电动汽车及其他电子产品的价格都会显著下降。

虽然钠硫电池具有多方面的优势，但两个明显的缺陷阻碍了“梦想电池”走进现实。一方面，钠硫电池的原材料易燃，存在安全隐患；另一方面，由于常温下的硫导电性较差，导致其对使用环境的温度要求苛刻。正因如此，研究能在室温下工作的钠电池一直是研究人员努力的方向。

目前，钠硫电池的应用主要集中在固定场景下的储能领域，包括削峰填谷、应急电源、风力发电等，全球已有上百座钠硫电池储能电站在运行。 

原标题：金属硫电池可充放电1万次：5-10年内有望成为储能新方式