新型电池构想：利用独特的硫化学释放强大电力

作者：约翰·蒂默 | 2026年1月7日上午11:02 | 阅读量：79![一堆巨大的工业级黄色硫磺，传送带正在倾倒更多硫磺。硫磺既丰富又便宜。图源：彭博社]

任何关注电池研究的人都会经常看到硫的身影。这主要是因为硫是锂的优秀存储材料，可以制造出具有令人印象深刻功率密度的锂电池。但硫可以参与广泛的化学反应，这也使得锂硫电池中的硫形成各种不必要的物质，难以防止电池快速衰减。因此，尽管经过数十年的研究，目前市场上成功的锂硫电池寥寥无几。

然而，一个中国研究团队成功地将硫的复杂化学性质转化为优势，使其成为一种同样依赖氯化学的钠硫电池中的主要电子供体。至少在实验室里，其结果是用极其廉价的材料实现了令人印象深刻的单位重量能量。

硫的化学性质

硫在元素周期表上紧邻氧的下方，因此你可能会认为它的化学性质与氧相似。但事实并非如此。与氧一样，它可以参与生物化学中的共价键结合，包括两种必需氨基酸。同样，与氧一样，它可以接受金属的电子，正如在一些已被研究的原子级薄材料中所见。但它也愿意放弃电子，与氯和氧等物质形成化合物。

这正是新论文背后的研究人员最感兴趣的特性。纯硫形成一个八原子复合物，在适当条件下可以释放总共32个电子。诀窍在于找到合适的条件。

电池系统

该系统的阴极是纯硫，阳极只是一条作为集电器的铝带。研究人员测试的电解质含有大量的铝、钠和氯（通常是类似于八摩尔氯化铝和4.5摩尔某种钠盐的溶液）。铝有助于稳定阳极的箔片，而另外两种化学物质则参与为电池提供动力的反应。

当电池开始放电时，阴极的硫开始失去电子，并利用从电解质中夺取的氯化物形成四氯化硫。随着电子流入阳极，它们与钠结合，镀在铝上，形成一层钠金属。显然，考虑到钠与水的剧烈反应，这在水性电解质中是无法工作的。

高容量

为了形成一个可工作的电池，研究人员使用玻璃纤维材料将两个电极隔开。他们还在阴极添加了一种多孔碳材料，以防止四氯化硫扩散到电解质中。他们使用各种技术证实了钠正在铝上沉积，并且阴极的反应是通过二氯化硫中间体发生的。他们还确定氯化钠是钠离子的不良来源，因为它倾向于沉淀到电池中的一些固体材料上。

该电池也相当稳定，在经历显著容量衰减前可循环1400次。较高的充电速率会导致容量衰减更快，但电池在保持电荷方面表现出色，即使闲置400天，仍能保持超过95%的电荷。

性能与前景

虽然研究人员提供了一些单位重量的容量测量数据，但他们没有提供完整电池的数据，而是专注于电池的部分组件，如硫或总电极质量。

但考虑到两个电极，能量密度可以达到每公斤超过2000瓦时。虽然随着电池总质量的增加，这个数值无疑会下降，但很难想象它的表现不会优于现有的钠硫电池或钠离子电池。

除了容量，该提议系统的另一个巨大优势似乎是其价格。考虑到原材料，研究人员估计其成本约为每千瓦时容量5美元，不到当前钠电池成本的十分之一。

同样，不能保证这项工作能够以与当前技术保持竞争力的方式扩大生产规模。尽管如此，如果现有电池技术中使用的材料变得昂贵，拥有其他选择总是令人安心的。

《自然》，2026年。DOI: 10.1038/s41586-025-09867-2 （关于DOI）

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约翰·蒂默，高级科学编辑

约翰是Ars Technica的科学编辑。他拥有哥伦比亚大学生物化学学士学位，以及加州大学伯克利分校分子与细胞生物学博士学位。当身体与键盘分离时，他倾向于寻找一辆自行车，或是一个风景优美的地方与他的徒步靴交流。