室温钠硫（Na-S）电池因钠和 硫元素储量丰富、理论电化学能优越益阳隔热条PA66生产设备，被视为替代传统锂基体系的可持续储能方案。然而，其实际应用长期受限于两大核心挑战：一是阴的S/Na₂S转化反应放电电压较低（低于1.6 V vs. Na/Na⁺），远低于当前锂/钠电池的阴电压；二是阳需使用大量过量（通常达数十倍）的钠金属，这不仅损害了成本益与安全，也严重限制了电池可实现的能量密度与功率密度。

鉴于此，孙浩教授与复旦大学彭慧胜院士报道了一种3.6 V级别的无阳钠硫电池，其核心在于采用了基于高价硫/四氯化硫（S⁰/S⁴⁺，即S/SCI₄）的阴化学体系，并配无阳构型。研究团队发现，在一种非易燃的氯铝酸盐电解质中，二氰胺钠（NaDCA）能够同时解锁可逆的S/SCI₄转化反应以及钠在铝集流体上的可逆沉积/剥离。该设计使电池基于电总质量计算的大能量密度和功率密度分别达到1,198 Wh kg⁻¹和23,773 W kg⁻¹。此外，通过在硫阴中引入铋配位共价有机框架（Bi-COF）催化剂（负载量8 wt%），实现了1,206 mAh g⁻¹（以硫+催化剂质量计）的优异放电容量，将基于电总质量的大能量密度提升至2,021 Wh kg⁻¹。该无阳钠硫电池的估算成本仅为5.03美元/kWh，且具有良好的可扩展，在电网储能和可穿戴电子产品中展现出巨大潜力。相关研究成果以题为“High-voltage anode-free sodium–sulfur batteries”发表在新一期《nature》上。上海交通大学2021级博士生耿世涛与袁斌为本文一作。

【阴化学机理：可逆的S/SCI₄转化】

本研究的关键在于实现了高价态S⁰/S⁴⁺（即S/SCI₄）的可逆氧化化学，将放电电压提升至约3.6 V。通过S K-edge X射线吸收光谱（XAS）验证了S⁰与S⁴⁺之间的可逆转化（图1a）益阳隔热条PA66生产设备，并通过原位拉曼光谱观察到充电过程中SCI₄特征峰（288.0 cm⁻¹）的出现与增强，以及放电过程中的逆变化，证实了S₈与SCI₄之间的可逆转换（图1b）。研究表明，DCA⁻阴离子通过与硫的分子间配位，促进了其与亲核Cl⁻配体结形成SCI₄。若将NaDCA替换为相同浓度的NaCl，则电池表现出更高的充电平台（约4.4 V）且拉曼谱图中S与SCI₄信号变化微弱（图1c），凸显了DCA⁻的关键作用。密度泛函理论（DFT）计算显示，DCA⁻能将硫氧化的吉布斯自由能变化从9.17 eV显著降低至1.12 eV（图1h）。气相谱-高分辨质谱（GC-HRMS）在充电态阴检测到了强烈的SCI₃⁺信号（图1e,f），进一步确认了SCI₄是充电产物。

图 1. 基于可逆 S/SCl4 转换的阴化学

【钠金属沉积/剥离的可逆与动力学】

在阳侧益阳隔热条PA66生产设备，采用NaDCA电解质的Na-Al电池在1 mA cm⁻²和1 mAh cm⁻²条件下循环160圈的平均库伦率（CE）高达约96%（图2a），而使用NaCl电解质的电池CE仅为20-50%且过电位高（图2a,b）。飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）深度剖析显示，NaDCA电解质形成了富含氰化钠（NaCN）和氮化钠（Na₃N）的固体电解质界面（SEI）层（图2d），有抑制了反应并促进了Na⁺传输。XPS证实了这些主要SEI组分的存在（图2e）。原位光学显微镜观察证实，NaDCA电解质实现了铝箔上均匀的钠沉积，而NaCl电解质则导致枝晶生长（图2f）。此外，Na-Al电池在NaDCA电解质中实现了50 mA cm⁻²的临界电流密度和12 mAh cm⁻²的大面容量（图2g,h），能远当前先进水平（图2i）。

图 2. Na 金属镀层/剥离的可逆与 NaDCA 电解质中的动力学

【无阳Na-S电池的电化学能】

线扫描伏安法表明，NaDCA电解质的电化学稳定电压高达4.25 V（图3a）。基于此的无阳Na-S电池展现出3.6 V的放电电压和744 mAh g⁻¹的可逆容量，远使用NaCl电解质（4.05 V稳定窗口）的230 mAh g⁻¹（图3b）。电池能与硫阴强相关，若无硫负载，库伦率仅为18%（图3c）。电池表现出优异的倍率能，在800 mAh g⁻¹的充电容量下，大电流密度可达16 A g⁻¹益阳隔热条PA66生产设备，放电容量为715 mAh g⁻¹（图3e）。在200 mAh g⁻¹的充电容量下，塑料挤出机电池实现了1,400次的稳定循环（图3f）。电池工作温度范围宽广，从-40°C到80°C均可运行（图3g）。引入Bi-COF催化剂后，放电容量提升至1,206 mAh g⁻¹（图3h）。在贫电解液条件（E/S比=5.0 μl mgsulfur⁻¹）下，电池仍可实现基于电和电解质总质量的63 mAh g⁻¹比容量、226 Wh kg⁻¹能量密度和694 W kg⁻¹功率密度。

疾风暴雨下，新能源汽车是否有漏电风险呢？科技日报记者就此采访了相关家，为您答疑解惑。

随着国内生成式人工智能的快速发展，相关监管政策正逐步落地，由国家互联网信息办公室等七部门联发布的《生成式人工智能服务管理暂行办法》(以下简称《办法》)于8月15日正式施行。作为我国份针对生成式人工智能的规范监管文件，《办法》以“促进生成式人工智能健康发展和规范应用”为目标，明确国家坚持发展和安全并重、促进创新和依法治理相结的原则，对生成式人工智能服务实行包容审慎和分类分级监管。

经过拥有三十多年手打鱼丸制作经验的李慧中师傅介绍与推荐，“舌尖团”分成三组，实地找寻鱼丸所需食材。李响、河森堡前往当地农贸市场，采买土鸡蛋、小黄姜、紫菜以及青葱。安吉县上舍村的茂密竹林孕育出纯净水源，其水质无污染且富含矿物质正是造就梅溪鱼丸味道甜美的奥秘所在，姜妍、宣璐来到上舍村收集山泉水，上演取水饮水“唯美大片”，画风清新欢快益阳隔热条PA66生产设备，治愈果满分。吴奇隆则因户外风穿搭，成“钓鱼天选之子”，孤身前往西苕溪，这里的花鲢、白鲢个头大，肉质细腻鲜美，是制作梅溪鱼丸的“灵魂食材”。毫无垂钓经验的他在接连碰壁的情况下心生妙计，使用“家能力”之“草船借箭”，向钓友“争取”到了一条膘肥体壮的花鲢。

图 3. 无负 Na–S 电池的电化学能

【电池的实用展示】

与传统的易燃有机电解质相比，NaDCA电解质本质不可燃，安全更高（图4a）。研究团队成功制备了108 mAh的软包电池，循环能稳定（图4b）。穿刺测试表明，电池未发生短路或热失控（图4c）。团队进一步制备了安时级别的无阳Na-S电池（1.06 Ah），展示了其在电网储能中的应用前景（图4d,e）。据估算，电池级别的成本低至5.03美元/kWh，具成本竞争力（图4g）。此外，该电池设计可推广至纤维电池形态，适用于可穿戴设备（图4h,i）。研究还初步验证了基于相同机理的高电压无阳锂硫电池的可行。

图 4. 我们无阳 Na–S 电池的实用

【总结与展望】

本研究成功报道了一种基于高价S/SCI₄阴化学的高电压无阳钠硫电池，突破了室温钠硫电池在放电电压、能量密度和倍率能方面的局限。机理研究表明，在优化的氯铝酸盐电解质中，二氰胺阴离子对于解锁S/SCI₄阴化学和提升钠沉积/剥离可逆起到了关键作用。该电池可扩展至安时级别，估算成本远低于当前钠电池，并可应用于纤维电池等可穿戴域。这项工作为改变目前由S⁰/S²⁻阴化学和过量碱金属阳主导的碱金属-硫电池体系提供了新思路，开辟了一条通往低成本、可持续、高能储能解决方案的新途径。