问题——高能量密度与长循环寿命难以同时实现，是下一代高性能电池研发长期面临的共性难题。锂硫电池因理论能量密度高、硫资源丰富且成本较低，被认为是具有潜力的可持续储能路线之一。但实际运行中，可溶性多硫化物在正负极间迁移引发“穿梭效应”，加之硫物种氧化还原动力学偏慢，常导致容量衰减、库伦效率下降，制约其工程化应用。 原因——围绕“穿梭效应”，研究界通常通过引入宿主材料、吸附剂或催化剂来增强约束并促进反应转化。但随之出现的矛盾是：为了获得更强吸附与更快反应，往往需要加入更多非活性组分，占用电池质量与体积空间，进而拉低整体比容量与质量能量密度，形成“提升稳定性却牺牲能量密度”的限制。如何在不显著增加无效负担的情况下，同时实现高负载、高转化与高稳定，成为锂硫电池走向实用的关键。 影响——针对此矛盾，深圳大学团队提出将“吸附”与“催化”在空间上协同布局的新思路：在具有独特sp-sp²杂化碳骨架的石墨炔中精准引入sp杂化氮，并构筑多壳层中空结构，实现对多硫化物的多级阻隔、强相互作用与快速反应同步进行。研究显示，该材料由纳米片堆叠形成垂直层状壁结构；多壳层空腔既能为硫在充放电中的体积变化提供缓冲，也形成多重物理屏障，提高对活性物质的滞留能力。谱学与显微表征从结构上验证了掺杂与多壳层形貌的形成；理论计算继续表明，sp杂化氮与邻近碳原子的轨道重叠有利于电子转移与电荷分布调控，为加速硫物种转化提供电子结构支撑。 对策——在工艺实现上，团队采用熔融扩散法将硫均匀装载于多壳层空腔内，并通过X射线衍射与热重分析等结果确认硫负载率可达93.9%。在高负载条件下，该设计仍能保持对多硫化物的有效吸附与催化转化，体现出“用结构与位点设计替代大量外加组分”的减负路径。器件层面结果显示，所组装软包电池能量密度约为457 Wh/kg，显示其在高比能电池方向的应用潜力。 前景——业内普遍认为，锂硫电池要走向规模化应用，除材料体系突破外，还需要在电解液体系、极片工程、界面稳定、制造一致性与安全评估各上形成配套方案。本次研究以“空间耦合的吸附与催化位点”为核心，将结构设计、电子结构调控与器件性能提升贯通起来，为缓解“能量密度—寿命—材料负担”之间的矛盾提供了可参考的路径。随着材料合成放大验证、软包电池在更复杂工况下的稳定性测试以及全链条成本评估持续推进，该路线有望为高比能、长寿命储能技术提供新的工程切入点。
碳中和目标推动下，这项源自中国实验室的原创研究，不仅表明了我国在新材料基础研究上的进展，也展示了以底层创新应对能源挑战的可行路径；下一步仍需加强产学研协同，推动实验室成果向工程化与产业化转化，形成可持续的技术竞争力，为全球绿色能源转型提供更多中国方案。