【编者按】当电动车续航焦虑仍是行业痛点时，科学家们早已将目光投向更前沿的能源解决方案。本文揭秘的锂硫电池技术，堪称动力电池领域的"潜力股"——它不仅能让单次充电续航突破1600公里，更以硫元素替代稀缺金属，直击现有锂电池成本高、资源受限的软肋。虽然这项技术仍面临循环寿命短的瓶颈，但实验室最新突破已让电池在千次循环后仍保持80%以上容量。这场能源革命或许还需数年才能落地，却已然为人类清洁出行描绘出更具想象力的未来图景。

　　想象一辆单次充电就能行驶600、700甚至1000英里的电动车。据《Car and Driver》杂志数据显示，这远超美国市场现有最长续航电动车——更是后驱长续航版特斯拉Model3官方续航里程（最高363英里）的两倍以上！

　　当前电动车普遍搭载的锂离子电池，与智能手机、笔记本电脑乃至电网级储能系统同宗同源。经过几代科学家持续优化，这项沿用数十年的技术已逼近物理极限。即便采用顶级材料和最优设计，锂离子电池的能量密度终究存在天花板。

　　作为专注电池研究的材料工程师，我们一直在寻找性能更强、更环保且成本更低的替代方案。其中硫基电池设计尤为亮眼，虽面临关键技术瓶颈，但其蕴藏的能量密度突破潜力令人振奋。

　　锂硫电池VS锂离子电池：终极对决

　　所有电池都具备三大核心结构：正极、负极，以及位于其间输送离子的电解质。

　　锂离子电池采用金属氧化物正极（含镍锰钴等元素），锂离子嵌于材料层间。充电时锂离子脱离正极穿越电解质嵌入石墨负极，放电时则逆向运动释放电能。

　　而锂硫电池的运作机制截然不同：其正极是导电碳基体中的硫元素，负极直接采用金属锂。放电过程中，锂离子与硫发生阶梯式化学反应生成多硫化锂；充电时锂离子又从硫化物中脱出回归负极。

　　这种化学转化反应涉及更多电子转移，意味着同体积下锂硫电池理论储能量远超锂离子电池！更关键的是，硫元素全球储量丰富且成本低廉，电池制造商无需依赖分布不均的镍、钴等稀缺金属——这些矿产多来自劳工权益保障薄弱的刚果（金）等地区。

　　这些优势将催生容量更大、成本更低、环保性更强的超级电池！

　　为何锂硫电池尚未普及？

　　量产化最大障碍在于耐久性。优质车用锂离子电池可经历数千次充放电仍保持稳定，而现有锂硫电池往往不足百次循环就出现容量骤降。

　　症结在于化学反应特性：充放电过程中产生的多硫化锂会溶解于电解质，导致活性物质持续流失（即"穿梭效应"）。每次循环都有部分硫和锂永久失效，如同沙漏般不断消耗电池寿命。

　　近二十年来，科研攻关已实现重大突破。早期版本循环数十次就衰减大半，如今实验室原型机在数千次循环后仍能保持80%以上初始容量！关键突破在于：

　　? 特殊电解质配方抑制多硫化锂溶解

　　? 采用多孔碳电极物理捕获中间产物

　　? 优化电极结构设计提升反应效率

　　破局之路

　　锂硫电池早已脱离实验室易碎品的范畴，但要成为实用化储能方案仍面临挑战：

　　安全性方面，其正极稳定性优于锂离子电池，但整体安全性能仍需深入验证。更棘手的是能量密度与循环寿命的天然矛盾——储能量越高，可承受的充电次数越少。

　　这种特性使其在无人机、电网储能等领域更具应用前景。但对同时追求高容量与长寿命的电动车而言，科学家仍需找到最佳平衡点。下一代锂硫电池的产业化基石，或许还要等待数年才能夯实。

　　作者系南卡罗来纳大学化学工程助理教授Golareh Jalilvand