近日，秦皇島分校資源與材料學(xué)院伊廷鋒教授團(tuán)隊(duì)與南京大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)合作在聚合物全固態(tài)鋰-硫電池領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，研究成果“l(fā)ight-driven polymer-based all-solid-state lithium-sulfur battery operating at room temperature（光驅(qū)動(dòng)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(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)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(xué)宋虎成研究員和何平教授為論文通訊作者。東北大學(xué)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(shí)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(lèi)電解液，存在易燃、泄露的風(fēng)險(xiǎn)，從而引發(fā)一系列安全問(wèn)題。采用固態(tài)電解質(zhì)代替液態(tài)電解液，開(kāi)發(fā)全固態(tài)鋰-硫電池是解決上述問(wèn)題的有效途徑，也引發(fā)了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的廣泛關(guān)注。相較于無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的界面接觸差和價(jià)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(zhì)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(shì)，有望率先實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)化規(guī)模應(yīng)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(dǎo)主要通過(guò)li+在peo基體非晶區(qū)鏈段配位點(diǎn)之間的躍遷，而peo的室溫結(jié)晶度高達(dá)75～80%，導(dǎo)致電解質(zhì)室溫離子電導(dǎo)率低下（～10-6s cm-1量級(jí)），遠(yuǎn)低于電池正常工作所需值，嚴(yán)重限制了其實(shí)際應(yīng)用。

摘要圖：(a)基于光熱轉(zhuǎn)化的peo基全固態(tài)鋰-硫電池工作機(jī)制示意圖；（b）太陽(yáng)光下電池表面的實(shí)際溫度；（c）實(shí)際太陽(yáng)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(tuán)隊(duì)提出了一種新型的光熱電池技術(shù)，以實(shí)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(shè)計(jì)將三維cu/si-cu納米結(jié)構(gòu)放置在鋰負(fù)極和外層封裝玻璃之間，利用納米線結(jié)構(gòu)的陷光效應(yīng)使光能高效地進(jìn)入吸收，實(shí)現(xiàn)在200-1000 nm寬波段高達(dá)94.9%的光吸收率；并利用si納米殼的載流子非輻射復(fù)合效應(yīng)迅速產(chǎn)生熱量，隨后通過(guò)cu核將熱量迅速傳遞到整個(gè)電池系統(tǒng)。該電池在模擬太陽(yáng)光照射下，電池反應(yīng)動(dòng)力學(xué)優(yōu)異。在0.2 c下的容量為1089.9 mah g-1，壽命超過(guò)20次。即使在實(shí)際太陽(yáng)光照射下，也能達(dá)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(yīng)用前景。此外，該三維納米結(jié)構(gòu)還可以容納鋰在電鍍/剝離過(guò)程中的體積變化，降低有效電流密度，從而抑制鋰枝晶的產(chǎn)生。綜上，本研究為利用光熱技術(shù)開(kāi)發(fā)室溫聚合物全固態(tài)鋰-硫電池開(kāi)辟了道路。