锂硫电池有望实现高能量密度存储，但由于多硫化物会不受控制的溶解，导致其稳定性较差。
尽管限制多硫化物溶剂以建立固态硫反应可以将电极反应从电解液中解耦，但这种方法的反应动力学缓慢。
2025年2月13日，北京大学庞全全研究员和邹如强教授团队在国际顶级期刊Nature Chemistry发表题为《Surface-localized phase mediation accelerates quasi-solid-state reaction kinetics in sulfur batteries》的研究论文，刘亚涛博士后为论文第一作者，庞全全研究员和邹如强教授为论文共同通讯作者。
这种电解质限制了多硫化物的整体溶解，而相介质与表面多硫化物络合，促进了表面多硫化物的溶剂化，促进了快速的表面局部溶液相硫反应。
采用表面局部相介质的锂硫电池在16 C时，硫的容量可以达到494 mA h g-1-sulfur，在300次循环后容量保持率为90.2%。并且，该方法能够使2.4 Ah 331 Wh kg-1电池稳定运行。
作者的工作强调了表面相介质通过合理设计电解质在控制电极反应途径和动力学方面的优势。
图1：提出的表面局部溶剂化介导的QSSSR原理图
图2：电解质溶剂化结构表征
图3：使用LiTFSI-CPME和LiTFSI-DME电解质的电极反应行为
图4：BDTS-LiTFSI-CPME电解质中的相介导效应
相介导效应 " 487e59c2-3889-3891"="">相介导效应 " uploaded="1" data-infoed="1" data-width="1080" data-height="924" data-format="jpeg" data-size="139230" data-phash="9B6CDCDEC11C6912" data-source="outsite" outid="undefined">
图5：原位X射线对硫动力学研究
图6：Li-S电池在BDTS-LiTFSI-CPME电解质中的电化学性能
综上，Li-S电池与其他电池化学性质的区别在于硫反应途径和动力学对电解质化学性质的依赖。该研究中，作者展示了一种表面局部溶剂化策略，通过利用WSE和有机PM来介导“准固态”LiPSs的反应。
所设计的基于CPME的WSE在两个方面很重要：（Ⅰ）它限制了LiPSs的溶解，并在电池中实现了全局的QSSSR，使硫电极反应从电解液中解耦；（Ⅱ）通过抑制枝晶和形成坚固的富无机物SEI来稳定锂金属阳极。通过引入有机硫化物分子PM，在LiPSs表面附近形成溶剂化的LiPSs，从而将全局的QSSSR转变为表面局部的溶剂化介导的QSSSR，解决了QSSSR反应缓慢的问题。
该反应极大地提高了硫氧化还原动力学，实现了电池的超高倍率，并通过减轻Li2S失活作用而实现了稳定的电池循环。
相介导的QSSSR和稳定的锂金属阳极的协同作用使331 Wh kg-1锂电池在实际条件下稳定循环。
CPME基电解质成本低，与经典的DOL-DME和商用锂离子电池的电解质相当。
特别是，所提出的相介导策略普遍适用于QSSSR，为更先进的相介导剂设计创造了很大的空间。
对PM-Li2Sx络合动力学、阻燃电解质和合适的硫阴极的研究会进一步改善恶劣条件下基于的QSSSR电池。
该发现非常重要，因为它代表了一种新的硫反应机制，其中，虽然LiPSs整体上以固态（“准固态”）的形式存在，但PM产生了一个表面局部化的溶液区域，用于快速的溶液相反应。
该研究为功能电解质合理设计开辟了一个新维度，无疑将激发对低成本高能量硫基电池电解质化学的更多探索。
Liu, Y., An, Y., Fang, C. et al. Surface-localized phase mediation accelerates quasi-solid-state reaction kinetics in sulfur batteries.Nat. Chem.(2025). https://doi.org/10.1038/s41557-025-01735-w.
