锂硫（Li-S）电池由于其高理论能量密度而成为下一代可充电电池的研究热点。然而，多硫化物（LiPSs）在充放电过程中与锂金属负极容易发生副反应，导致Li-S电池的循环稳定性较差。
为了提升Li-S电池的性能，研究者们探讨了弱溶剂化电解液（WSEs）对LiPS腐蚀的抑制作用，尽管WSEs有效减缓了LiPS与负极的副反应，但也会降低电池的正极反应动力学。因此，如何平衡LiPS的溶解性和电池的动力学性能是该领域的一大挑战。
在此，清华大学张强，北京理工大学李博权等人揭示了在弱溶剂电解液中，LiPSs的溶剂化结构随着溶剂含量的增加表现出两阶段变化，且这一变化对电池性能具有重要影响。
具体而言，作者通过定量分析溶剂化能力（ESP）和LiPSs的还原动力学之间的关系，研究提出了优化电解液设计的理论依据，为锂硫电池性能的提升提供了新的方向。此外，为了克服高WSS含量导致的动力学减缓问题，作者引入了先进的电催化剂来提升LiPSs的还原动力学，成功实现了高能量密度和长循环寿命的Li-S电池。
图1. LiPS与溶剂之间的相互作用与溶剂化能力变化机制示意图
总之，该工作通过揭示弱溶剂电解液中LiPSs的溶剂化结构与还原动力学之间的密切关系，提出了一种新的设计理念，即通过调节溶剂化能力来平衡LiPSs腐蚀和动力学速率。这一发现不仅为Li-S电池的高能量密度和长循环稳定性提供了理论支持，也为下一步的电池设计提供了实践指导。因此，进一步优化溶剂化结构和电催化剂的设计，将可能实现更高性能的Li-S电池，推动其在能源存储领域的广泛应用。
图2. 全电池性能
Two-Stage Solvation of Lithium Polysulfides in Working Lithium–Sulfur Batteries, Journal of the American Chemical Society 2025 DOI: 10.1021/jacs.5c01588
李博权，2016年本科毕业于清华大学化学系，2020年博士毕业于清华大学化学工程系，同年加入北京理工大学前沿交叉科学研究院担任特别副研究员，博士生导师。主要从事高能量密度锂硫电池的化学机制、材料构筑与器件应用等方面的研究。担任《Journal of Energy Chemistry》期刊编委，入选2021-2023年科睿唯安“全球高被引科学家”。
张强，清华大学长聘教授、博士生导师。曾获得国家自然科学基金杰出青年基金、教育部青年科学奖、中国青年科技奖、北京青年五四奖章、英国皇家学会Newton Advanced Fellowship、清华大学刘冰奖、国际电化学会议Tian Zhaowu奖。长期从事能源化学与能源材料的研究。在Adv. Mater., J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem.等发表SCI收录论文200余篇，h因子171。现担任国际期刊Angew. Chem.首届顾问编辑，EES Batteries主编，J. Energy Chem.副主编，Matter、Adv. Funct. Mater.、储能科学与技术等期刊编委。