中國清華團隊研發新型鋰硫電池：800次循環壽命，無人機續航力可望翻倍

中國研究團隊突破鋰硫電池瓶頸，無人機續航力有望倍增

中國研究人員開發出一種新型鋰硫電池設計，透過解決該技術長期以來最大的難題之一，有望顯著延長無人機飛行時間。

由清華大學深圳國際研究生院領導的研究團隊表示，他們創造了一種新的分子策略，可提升鋰硫電池內部的反應效率，同時減少運作過程中的能量損耗。

這項進展有助於將電池能量密度推升至遠超現有鋰離子系統的極限。目前大多數商用無人機採用的傳統鋰離子電池，能量密度通常低於每公斤300瓦時（300 Wh/kg），限制了飛行時間與酬載能力。

鋰硫電池長期以來被視為下一代替代方案，因為硫元素價格低廉、儲量豐富，且能儲存更高的能量。然而，這種化學體系在反覆充放電循環中一直難以維持穩定。

創新分子設計阻止能量流失

鋰硫電池面臨的最大挑戰之一，是運作過程中會生成可溶性中間化合物。這些化合物會在電池內部漂移，導致反應遲緩，並隨時間降低效率——這就是業界所稱的「穿梭效應」（shuttle effect）。

為解決這個問題，研究人員引入了他們所稱的硫電化學「預介質」（premediator）。據研究人員表示，這種添加劑在硫反應啟動前會保持非活性狀態。

清華大學深圳國際研究生院研究員周光敏向新華社表示：「可以把它想像成一種特殊添加劑，在電池內部『沉睡』，直到需要時才啟動。當硫反應開始時，添加劑會在反應發生的位置立即『甦醒』並開始運作。」

一旦被激活，該分子便會捕捉漂移的中間化合物，並改善電池內部的電荷傳輸。研究人員表示，這種設計創造了更快速的反應路徑，並穩定了整體電化學過程。

研究團隊還在分子層級重新設計了內部反應網路。據研究人員指出，與傳統鋰硫電池設計相比，新方法將電池內阻降低了75%。

在實驗室測試中，該電池在800次充放電循環後仍維持穩定效能，且保留了近82%的原始容量。

無人機獲得更長航程

研究人員還打造了一個原型軟包電池，達到了每公斤**549瓦時（549 Wh/kg）**的能量密度，幾乎是目前許多無人機電池的兩倍。

周光敏表示：「對無人機而言，這非常重要。更高的能量密度意味著更長的飛行時間、更大的酬載能力，以及更廣的作業範圍。」

研究團隊指出，該技術可望改善多項無人機應用，包括物流配送、電力線路巡檢以及緊急救援等需要更長滯空時間的關鍵任務。

周光敏補充道：「配送無人機可以飛更遠來投遞包裹；電力線路巡檢無人機可以一次涵蓋更多基塔；搜救無人機在分秒必爭的情況下能在空中停留更久。」

除了無人機之外，研究人員相信這項分子設計策略還可應用於液流電池、鋰金屬電池及電池回收技術。

該研究成果已發表於國際頂尖學術期刊《Nature》。

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