近年來(lái)，電池技術(shù)取得了長(zhǎng)足發(fā)展：新型固態(tài)電池的容量幾乎達(dá)到部分特斯拉電動(dòng)汽車電池的兩倍，甚至有研究探索利用儲(chǔ)能混凝土將建筑物改造為巨型電池。同樣，熱電池在各類應(yīng)用場(chǎng)景中也展現(xiàn)出巨大潛力。然而，熱電池長(zhǎng)期受困于一種嚴(yán)重缺陷 —— 穿梭效應(yīng)，這也是其近年來(lái)未能廣泛普及的主要原因之一。受穿梭效應(yīng)影響，熱電池的容量會(huì)隨時(shí)間逐漸衰減，導(dǎo)致充電效率降低。不過(guò)，中國(guó)科學(xué)家的一項(xiàng)新研究，或許已找到解決這一問(wèn)題的方法。

要充分理解這項(xiàng)發(fā)表于《Advanced Science》的新研究對(duì)熱電池領(lǐng)域的意義，我們首先需要深入了解穿梭效應(yīng)。這種效應(yīng)通常發(fā)生在電池內(nèi)部特定組件（尤其是中間多硫化物）發(fā)生溶解時(shí)，會(huì)導(dǎo)致硫元素不可逆流失，進(jìn)而造成電池性能衰減與充電效率不足，這也是科學(xué)家們長(zhǎng)期致力于攻克的難題。

多年來(lái)，業(yè)界已嘗試多種方案解決該問(wèn)題，例如在電池中添加不同類型的硫電極。盡管部分方案在抑制穿梭效應(yīng)方面取得了一定成效，但這項(xiàng)新研究提供了更具前景的技術(shù)基礎(chǔ) —— 研究團(tuán)隊(duì)采用一種新型正極材料，不僅能提升電池性能，還能大幅減少穿梭效應(yīng)造成的損耗，為未來(lái)高能量密度熱電池的設(shè)計(jì)提供了新思路。

技術(shù)突破的實(shí)現(xiàn)路徑

該研究由中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所的 Wang Song 教授和 Zhu Yongping 教授領(lǐng)銜。研究團(tuán)隊(duì)在以往 “電池內(nèi)部設(shè)計(jì)添加屏障” 的研究思路基礎(chǔ)上進(jìn)一步創(chuàng)新，通過(guò)改變電池內(nèi)部材料的排布方式，最大限度減少穿梭效應(yīng)帶來(lái)的損耗。具體而言，研究人員設(shè)計(jì)了一種特殊屏障，包裹在電池內(nèi)部特定顆粒表面，既允許必要的離子自由遷移，又能鎖定其他易溶解的成分，防止其擴(kuò)散流失。

這種屏障的核心是基于共價(jià)有機(jī)框架（COFs） 制成的外殼。這類多孔材料具有晶體結(jié)構(gòu)規(guī)整、定義明確的特性，研究人員將其轉(zhuǎn)化為一種涂層，既能覆蓋電池內(nèi)部的微小通道，又不會(huì)阻礙必需離子的順暢遷移。

研究人員表示，這一設(shè)計(jì)為未來(lái)熱電池的研發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，有助于更好地控制和抑制熱電池內(nèi)部材料的損耗。此類研究至關(guān)重要，因?yàn)樗赡軒椭覀冋业戒囈酝獾男滦碗姵夭牧稀?/p>

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正如前文所述，熱電池早已受到科學(xué)家和工程師的關(guān)注，這主要得益于其能在傳統(tǒng)電池?zé)o法適應(yīng)的場(chǎng)景（如極端溫度環(huán)境）下穩(wěn)定工作。目前，熱電池已應(yīng)用于軍事領(lǐng)域、部分航空航天系統(tǒng)，以及深井鉆探設(shè)備等對(duì)電池性能和可靠性有嚴(yán)格要求的場(chǎng)景。

極端溫度通常會(huì)對(duì)傳統(tǒng)電池的性能產(chǎn)生負(fù)面影響，而這正是熱電池的優(yōu)勢(shì)所在。因此，攻克阻礙熱電池走向主流應(yīng)用的技術(shù)瓶頸，成為眾多研究者的重要目標(biāo)。盡管這項(xiàng)研究尚未完全解決穿梭效應(yīng)問(wèn)題，但它為科學(xué)家們改進(jìn)熱電池技術(shù)提供了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)。