在不懈地追求更可持续和更高效的储能解决方案的过程中，美国加州大学圣地亚哥分校的实验室完成了一个突破性的发现。由该校可持续电力和能源中心领导的工程师团队开发了一种新的阴极材料，将固态锂硫电池从理论奇迹推向实用、改变游戏规则的技术领域。

固态锂硫电池（ Solid-state lithium-sulfur batteries, SSLSB）长期以来一直是储能的圣杯，有望将当前锂离子电池的能量密度提高一倍。这一飞跃不仅将大幅降低成本，还将扩大电动汽车的驾驶范围，而无需更重的电池组，利用既丰富又不受供应链约束的材料。

然而，这项有前途的技术受到两个主要障碍的阻碍：硫的导电性本质上很差，以及它在电池充电和放电周期中发生的巨大体积变化。这些问题导致电池固体组件之间的界面接触不良，严重限制了电池的效率和寿命。

革命性的发现

该团队的研究最近发表在《自然》杂志上，提出了一种新的解决方案，解决了这些长期存在的障碍。通过将碘集成到晶体硫结构中以形成S9.3I分子晶体，它们不仅将硫的导电性提高了惊人的11个数量级，而且还赋予了材料在电池运行期间发生损坏后自我修复的能力。

这种半导体水平的电导率，在室温25 °C下测量约为5.9 × 10^−7 S cm^−1，代表了纯硫绝缘性质的飞跃。将碘引入硫的带隙不仅有助于提高导电性，还促进了电化学循环期间活性多硫化物的形成，提高了电池的性能。

此外，S9.3I分子晶体具有约65°C的低熔点。这种独特的特性允许对阴极材料进行周期性重新熔化，以修复因电池循环而损坏的界面。这种自愈能力是一个关键的进步，解决了累积损害问题，这是以前困扰硫阴极并且阻碍固态锂硫电池商业可行性的大问题。

实际应用和未来前景

这一发现的实际含义是深远的。该团队制造了一种测试电池，该电池在400多个周期内保持稳定，保留了87%的容量，从而成功证明了该材料的有效性。这种稳定性和寿命标志着一个重要的里程碑，说明了固态锂硫电池在大幅延长电池使用寿命方面的潜力，这是其商业化的关键因素。

固态锂硫电池以更低的成本和环保材料将锂离子电池的能量密度提高一倍的潜力，这可能会彻底改变电动汽车行业。通过使车辆在不增加电池组重量的情况下，一次充电就能行驶两倍的距离，这项技术可以显著加快向可持续运输的过渡。

前方的道路

尽管有这些令人兴奋的发展，但从实验室突破到商业产品的旅程充满了挑战。加州大学圣地亚哥分校团队已经专注于电池单元工程设计的进步，并扩大电池单元格式，以将这项技术推向市场。学术界、国家实验室和行业合作伙伴之间的合作对于克服剩余的障碍和充分发挥固态锂硫电池的潜力至关重要。

该研究的联合高级作者、加州大学圣地亚哥分校可持续电力和能源中心主任Ping Liu教授对未来表示乐观。他说，虽然要提供可行的固态电池还有很多工作要做，但我们的工作是重要的一步。