近日，秦皇島分校資源與材料學院伊廷鋒教授團隊與南京大學科研團隊合作在聚合物全固態(tài)鋰-硫電池領域取得重要進展，研究成果“l(fā)ight-driven polymer-based all-solid-state lithium-sulfur battery operating at room temperature（光驅動聚合物全固態(tài)鋰-硫電池室溫環(huán)境工作）”發(fā)表于材料領域國際頂級刊物advanced functional materials（中科院一區(qū)，影響因子19.924）。秦皇島分校青年教師王鵬飛為本文的第一作者，秦皇島分校伊廷鋒教授、南京大學宋虎成研究員和何平教授為論文通訊作者。東北大學為第一完成單位。

鋰-硫電池具有極高的理論比容量（1675 mah g-1）和比能量（2600 wh kg-1）；同時硫元素在地殼中含量豐富、環(huán)境友好，是一種非常理想的下一代電池選擇。然而，傳統(tǒng)的鋰-硫電池通常使用液態(tài)醚類電解液，存在易燃、泄露的風險，從而引發(fā)一系列安全問題。采用固態(tài)電解質代替液態(tài)電解液，開發(fā)全固態(tài)鋰-硫電池是解決上述問題的有效途徑，也引發(fā)了學術界和產業(yè)界的廣泛關注。相較于無機固態(tài)電解質的界面接觸差和價格昂貴，以聚環(huán)氧乙烷（peo）基聚合物為主體的固態(tài)電解質具有良好的加工特性、與電極接觸緊密和成本低廉等優(yōu)勢，有望率先實現(xiàn)市場化規(guī)模應用。

然而，由于peo基聚合物全固態(tài)鋰-硫電池體系的離子傳導主要通過li+在peo基體非晶區(qū)鏈段配位點之間的躍遷，而peo的室溫結晶度高達75～80%，導致電解質室溫離子電導率低下（～10-6s cm-1量級），遠低于電池正常工作所需值，嚴重限制了其實際應用。

摘要圖：(a)基于光熱轉化的peo基全固態(tài)鋰-硫電池工作機制示意圖；（b）太陽光下電池表面的實際溫度；（c）實際太陽光下電池在純泡沫cu集流體和三維cu/si-cu集流體的充放電曲線。

基于此，該研究團隊提出了一種新型的光熱電池技術，以實現(xiàn)peo基全固態(tài)鋰-硫電池在室溫環(huán)境下正常工作。本設計將三維cu/si-cu納米結構放置在鋰負極和外層封裝玻璃之間，利用納米線結構的陷光效應使光能高效地進入吸收，實現(xiàn)在200-1000 nm寬波段高達94.9%的光吸收率；并利用si納米殼的載流子非輻射復合效應迅速產生熱量，隨后通過cu核將熱量迅速傳遞到整個電池系統(tǒng)。該電池在模擬太陽光照射下，電池反應動力學優(yōu)異。在0.2 c下的容量為1089.9 mah g-1，壽命超過20次。即使在實際太陽光照射下，也能達到1065.2/1036.5 mah g-1的高放/充電容量，顯示了良好的可逆性和潛在的應用前景。此外，該三維納米結構還可以容納鋰在電鍍/剝離過程中的體積變化，降低有效電流密度，從而抑制鋰枝晶的產生。綜上，本研究為利用光熱技術開發(fā)室溫聚合物全固態(tài)鋰-硫電池開辟了道路。