鋰硫（Li-S）電池憑借其獨(dú)特的理論能量密度（2600 Wh kg^-1）和低成本的硫陰極，被視為下一代儲(chǔ)能系統(tǒng)的理想候選者。然而，過(guò)量添加電解液導(dǎo)致鋰硫電池實(shí)際能量密度遠(yuǎn)低于理論值，這限制了其大規(guī)模應(yīng)用。為了實(shí)現(xiàn)超過(guò)400 Wh kg^?1的能量密度，E/S比必須<5 μL mg^?1。但低E/S比使硫氧化還原動(dòng)力學(xué)和陰極中的離子傳導(dǎo)變得遲緩，導(dǎo)致電池比容量低和循環(huán)壽命短。研究已經(jīng)證實(shí)，合適的催化劑可以加速硫氧化還原反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，但其催化效果在貧電解液條件下仍不理想。因此，急需開(kāi)發(fā)一種在貧電解液條件下同時(shí)起到富集電解液、加速硫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、促進(jìn)離子傳輸?shù)男滦痛呋瘎?/p>

近日，受到天然保濕材料解決人體皮膚缺水問(wèn)題的啟發(fā)，我校楊植教授、楊碩副教授與濟(jì)南大學(xué)劉浩博士合作，提出一種創(chuàng)新性策略：將天然保濕材料——透明質(zhì)酸HA作為催化劑引入硫陰極，實(shí)現(xiàn)高性能鋰硫電池。實(shí)驗(yàn)和分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果表明，HA可以通過(guò)其雙螺旋結(jié)構(gòu)中的分子內(nèi)氫鍵牢牢的吸附電解液，確保電解液與電極表面充分接觸，營(yíng)造局部電解液充足的反應(yīng)微環(huán)境；同時(shí)，HA的N位點(diǎn)能夠吸附并催化多硫化物的可逆轉(zhuǎn)化；此外，HA獨(dú)特的雙螺旋結(jié)構(gòu)憑借螺旋加速效應(yīng)促進(jìn)了Li⁺的傳輸。在三重協(xié)同作用下，電池性能得到顯著提高。CNT?S/HA陰極（約80 wt%硫含量）表現(xiàn)出良好的初始容量、高倍率性能以及長(zhǎng)循環(huán)壽命。特別是在硫負(fù)載為8 mg cm^?2、E/S比為3 μL mg^?1的貧電解液條件下，鋰硫軟包電池實(shí)現(xiàn)了11.76 mAh cm^?2的高面積容量，能量密度達(dá)到409 Wh kg^?1。此外，1.5 Ah軟包電池可驅(qū)動(dòng)無(wú)人機(jī)續(xù)航20分鐘，續(xù)航時(shí)間遠(yuǎn)超傳統(tǒng)鋰電池約4倍。該工作為開(kāi)發(fā)天然保濕材料在下一代儲(chǔ)能設(shè)備中的應(yīng)用開(kāi)辟了創(chuàng)新途徑。

該工作以“Hyaluronic Acid with Double Helix Ion Channels for Efficient Electrolyte Retention and Polysulfide Regulation in Lean-Electrolyte Lithium–Sulfur Batteries”為題發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)材料期刊《Advanced Materials》上。溫州大學(xué)作為第一通訊單位。第一作者為我?；瘜W(xué)與材料工程學(xué)院2022級(jí)碩士研究生李佩航，該生已經(jīng)進(jìn)入日本東北大學(xué)化學(xué)工程專(zhuān)業(yè)深造博士學(xué)位。我?；瘜W(xué)與材料工程學(xué)院楊植教授、電氣與電子工程學(xué)院楊碩副教授、濟(jì)南大學(xué)劉浩博士為共同通訊作者。我校蔡冬副教授、貫佳副教授，本科生羅子恒，博士研究生陳志遠(yuǎn)，以及碩士研究生劉雨婷、蔣金晨參與了本項(xiàng)研究的相關(guān)工作。

本項(xiàng)研究依托 “導(dǎo)研共同體” 模式推進(jìn)，團(tuán)隊(duì)成員涵蓋本碩博各學(xué)段學(xué)生及跨學(xué)科專(zhuān)家導(dǎo)師，形成了層次分明、協(xié)同高效的研究梯隊(duì)。這一培養(yǎng)成果，正是我?；瘜W(xué)與材料工程學(xué)院聯(lián)動(dòng)兄弟院校主動(dòng)對(duì)接國(guó)家戰(zhàn)略需求，以培育具備跨學(xué)科視野與創(chuàng)新實(shí)踐能力的高素質(zhì)人才為核心目標(biāo)，扎實(shí)推進(jìn)本碩博一體化育人體系建設(shè)、深度構(gòu)建跨學(xué)科交叉育人共同體的生動(dòng)實(shí)踐。

未來(lái)，學(xué)院將進(jìn)一步拓展多元育人載體，持續(xù)打破學(xué)科壁壘，推動(dòng)學(xué)科間深度交叉融合，為學(xué)生搭建知識(shí)互通、能力互補(bǔ)的立體化培養(yǎng)平臺(tái)，助力學(xué)子成長(zhǎng)為可擔(dān)民族復(fù)興大任、服務(wù)國(guó)家戰(zhàn)略需求的時(shí)代新人，為加快建設(shè)教育強(qiáng)國(guó)注入溫大力量。

文章鏈接：DOI: 10.1002/adma.202511272