喝杯咖啡车就充满电，这是人们对未来出行的憧憬，但目前电池尚未达到这一理想状态。现代锂离子电池虽能在20到30分钟内从20%充电到80%，但充满电耗时更长，且快速充电会给电池带来巨大压力。不过，《先进能源材料》杂志发表的一项新国际评论研究，为锂硫电池(LSB)克服这些限制带来了希望。

来自德国、印度和台湾的研究人员，在基尔大学(CAU)Rainer Adelung教授研究小组的Mozaffar Abdollahifar博士协调下，系统分析了数百项近期研究，确定了让LSB在高充电速率下稳定高效运行的机制。他们的目标是将充电时间控制在30分钟以内(理想情况低至12分钟)，同时实现更高能量密度和更长续航里程。

LSB被视为传统锂离子电池的有力替代者。锂离子电池在固体电极材料中储存和释放锂离子，而LSB依赖形成新化合物的化学反应，采用金属锂阳极和硫阴极组合，理论上能量密度可达每千克2600瓦时，约为传统系统的10倍，能让电动汽车单次充电行驶更远距离。此外，硫成本低、广泛可用、环保且无毒，为转换为硫作为阴极材料提供了经济理由。

然而，LSB广泛应用仍面临技术障碍。硫是电绝缘体，需与导电添加剂结合使用，会增加电池重量;充放电时阴极体积膨胀率高达80%，影响电池机械稳定性和寿命;“穿梭效应”会使可溶性多硫化锂迁移到阳极，引发副反应，影响效率和稳定性;锂金属阳极上还会生长针状结构树枝状晶体，可能导致短路甚至火灾。

该研究特别分析了具有极快充电时间(从2C开始，即30分钟内)和高硫含量的电池。为此提出的关键策略包括：阴极设计上，采用纳米管、石墨烯或活性炭等导电碳结构改善离子传输和硫利用率，富含缺陷和掺杂的碳材料降低穿梭效应;使用金属氧化物、硫属化物或单原子催化剂等催化材料加速硫反应并减轻穿梭效应;优化隔膜，用功能性隔膜层捕获多硫化物并促进快速离子传输;开发新型电解质体系，高浓度固体电解质及特定添加剂增强导电性、与锂金属兼容性并抑制副反应;构建稳定阳极，3D锂结构和人工界面等保护层防止枝晶形成;探索新的硫形式，单斜γ - 硫能实现直接固态反应，完全消除穿梭效应;利用人工智能进行材料开发，加速材料发现，预测电池性能，设计更高效安全的充电过程。

“我们的分析表明，在保持容量的情况下，30分钟内快速充电可行，某些情况下甚至不到15分钟。”阿卜杜拉希法尔称，“目前原型电池在实际充电速度下达到了每平方厘米约2毫安时的良好充电效果。但要真正超越现有锂离子电池，还需进一步提高材料负载和性能。”

该研究融合材料科学、电化学、纳米技术和电池工程，形成快速充电电池综合方法，为开发强大、持久且安全的LSB提供了指南，以明确标准和系统方法，为在移动和储能应用中实现快速充电LSB提供了切实可行的路线图。

更多信息：Jakob Offermann 等，《快速充电锂硫电池，先进能源材料》(2025)