文章导读
锂硫电池虽被誉为下一代储能技术的有力候选，但贫电解液工况下硫还原反应动力学迟缓，尤其是固固转化阶段能垒高、活性位点易堵塞，导致循环稳定性严重衰减，成为高能量密度产业化的致命瓶颈。西安交大郗凯教授团队提出电子钉扎界面工程策略，精准构筑兼具长程有序与局部无序的新型催化体系，成功解耦硫还原反应过程，大幅加速固固转化效率，使组装的3.6 Ah软包电池能量密度达到418.6 Wh·kg⁻¹。这一突破能否为高能量密度锂硫电池的规模化落地打开新路径？
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锂硫电池凭借高理论能量密度、低成本及环境友好等优势，成为下一代储能技术的重要候选体系。在实际应用中，贫电解液工况是实现锂硫电池高能量密度产业化的关键，但硫还原反应动力学迟缓问题尤为突出，尤其是 Li2S2向 Li2S 的固固转化阶段能垒高、反应滞后，极易造成多硫化物累积、活性位点堵塞、硫利用率偏低及循环稳定性衰减，严重制约了高能量密度锂硫电池的规模化落地。
针对这一难题，西安交通大学化学学院郗凯教授团队提出电子钉扎界面工程策略，精准构筑兼具长程有序与局部无序特性的新型催化体系，通过非晶纳米域改性与局域电子结构精细调控，构建梯度有序活性位点，研发出电子钉扎界面催化剂 a-FeOOH@Fe/AlOx（EPIC），该催化剂依托多级电子相互作用实现催化增效，独特结构形成高效导电通路与梯度供电子特性，成功实现硫还原反应过程解耦，大幅加速贫电解液条件下固固转化效率。该创新策略展现出优异实用价值，组装的3.6 Ah大容量软包电池可稳定运行，能量密度达到 418.6 Wh·kg⁻1。此项研究突破了贫电解液锂硫电池固固转化动力学受限的核心瓶颈，为高能量密度锂硫电池催化材料的精准设计提供了理论思路与技术范式，有力推动了锂硫电池新能源动力电池等领域的产业化进程。
锂硫电池中电子钉扎界面催化剂的作用机制示意图（Jin et al., Advanced Materials, 2026; 0:e73517）
相关研究成果以“基于电子锚定界面工程加速固-固转化动力学构建高能量密度锂硫电池（Boosting Solid-Solid Conversion Kinetics via Electron-Pinned Interface Engineering for High-Energy-Density Li-S Batteries）”为题，发表于材料领域顶级期刊《先进材料》（Advanced Materials）。化学学院助理教授金力、博士生金正千和邓腾为共同第一作者，化学学院郗凯教授为通讯作者，西安交通大学为论文唯一通讯单位。该工作得到了剑桥大学R. Vasant Kumar教授，南京大学彭路明教授，北京大学庞全全教授和郑州大学付永柱教授等多位领域专家的指导。该工作得到了国家自然科学基金“超越传统电池体系”重大研究计划培育项目及面上项目、国家自然科学基金青年基金、中国博士后面上基金、陕西省青年基金、陕西省秦创原创新人才计划等项目的资助。论文感谢西安交通大学国家储能技术产教融合创新平台耿直老师和西安交通大学分析测试共享中心的支持。
文章链接：https://doi.org/10.1002/adma.73517
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