近日，欧美精品 张建国教授团队在国际顶级期刊《Nano-Micro Letters》（影响因子36.300）发表题为《Interface Engineering Strategies for Shuttle Mitigation in Alkali Metal-Sulfur Batteries: A Comparative Review from Li-S to Na-S and K-S Systems》的综述（DOI: 10.1007/s40820-025-02004-8），文章综述了锂/钠/钾-硫电池中抑制多硫化物穿梭效应的界面工程策略，从功能隔膜设计、中间层构筑到固态电解质应用层层深入，揭示了不同碱金属体系的共性机制与独特难点，并提出了多维度解决方案。单位通讯作者为张建国教授、于琪瑶副教授，第一作者为欧美精品 2024级博士生陈姿含。
随着全球社会经济的持续发展与能源消耗量的快速增长，可再生能源的高效存储已成为能源领域的核心研究热点。其中，可充电电池体系发挥着不可替代的作用。锂离子电池虽已实现商业化普及，但受限于离子可逆嵌入-脱嵌的固有反应机制，其实际能量密度难以突破瓶颈。因此，推动碱金属-硫（M-S）电池成为下一代储能技术的核心探索方向。
M-S电池（锂-硫、钠-硫、钾-硫）采用低成本、储量丰富的硫正极，理论能量密度更高，尤其钠、钾资源优势显著，是传统电池的理想替代方案。但该体系普遍面临穿梭效应、动力学缓慢等挑战，钠-硫（Na-S）、钾-硫（K-S）体系因离子特性问题更加突出，制约了实际应用。目前研究多聚焦单一体系，针对三大体系界面工程抑制穿梭效应的综合性综述较为匮乏。为此，本综述以跨体系对比为核心，整合三大体系研究成果，剖析界面工程特性、穿梭机制及抑制策略。重点针对Na-S和K-S体系因离子半径大、动力学迟缓导致的严峻挑战，从功能隔膜设计、中间层增强到固态电解质应用层层深入，揭示了不同碱金属体系的共性机制与独特难点，提炼共性规律与精准优化方向，为开发高性能、无穿梭效应的下一代储能电池提供学术支撑。
【本文要点】
要点一：跨体系对比，探究M-S电池的共性与差异
不同于以往聚焦单一电池体系的研究，本综述以跨体系对比为核心视角，系统梳理了Li-S、Na-S、K-S三种电池体系的特性，深入对比了反应机制共性与特殊性，为后续界面工程策略的设计提供了理论基础。通过整合三种体系的地壳丰度、原材料成本等关键数据，清晰论证了Na-S、K-S电池在资源丰度与成本控制上的显著优势，同时也客观比较了各体系在能量密度、反应动力学等方面的优劣，为储能技术的产业化选型提供了重要参考。这种跨体系的研究视角弥补了现有单一体系研究的局限性，有助于从共性中提炼通用规律，从差异中定位各体系的优化方向。
要点二：聚焦界面工程，构建多维度穿梭效应抑制策略
界面工程策略是抑制多硫化物穿梭效应的核心手段，本综述系统总结了M-S电池中隔膜界面、中间层、固态电解质界面等多维度界面工程策略。在中间层与隔膜界面层面，重点阐述了功能性界面的设计思路与核心优势，通过构建具有离子选择性、强吸附性或催化转化功能的界面，实现了对多硫化物的物理捕获与化学结合双重作用，同时优化了离子通量分布，显著提升了电池在高硫负载条件下的循环稳定性与库仑效率。这些界面策略还同步增强了隔膜的机械强度，能够有效抑制枝晶穿透并改善电池的低温工作性能。此外，本综述强调了固态电解质作为无泄漏屏障的应用潜力，其高机械模量与极低的多硫化物溶解度特性，为解决穿梭效应引发的容量衰减与界面退化问题提供了极具应用潜力的解决方案
要点三：明确研究价值，展望下一代储能技术发展方向
本文的核心价值在于通过系统对比三大M-S电池体系的界面工程设计、穿梭行为及缓解策略，提炼出适用于各体系的通用设计原则，并明确了基于体系特性的差异化优化路径，有效弥补了现有单一体系研究的不足。在未来展望部分，本综述聚焦M-S电池的发展方向，提出功能界面设计将是核心突破点，并展望了其在未来能源存储与能量转换领域的广泛应用前景。该研究不仅为M-S电池的界面工程研究提供了全面的理论参考，也有望为推动低成本、高能量密度储能技术的产业化发展奠定基础。
文章链接
Interface Engineering Strategies for Shuttle Mitigation in Alkali Metal–Sulfur Batteries: A Comparative Review from Li–S to Na–S and K–S Systems
//doi.org/10.1007/s40820-025-02004-8
附论文通讯作者简介：
张建国，欧美精品 教授、博士生导师。主要研究方向为特种能源材料与含能器件。主持完成国家重大专项课题、国家自然科学基金等项目20余项，发表论文300余篇，出版专著1部、译著3部，授权发明专利65项，获省部级科技二等奖、三等奖各2项。获北京市教学名师奖，国家教学成果二等奖，北京市教学成果特等奖、一等奖、二等奖各1项。兼任军委科技委某技术专家组成员、军委装发部某专业组成员，中国兵工学会火工烟火专委会副主任委员、火炸药专委会委员，中国化学会热分析专委会、高压化学专委会委员。担任Central European Journal of Energetic Materials、Defence Technology、含能材料、火炸药学报、火工品等期刊编委。
于琪瑶，欧美精品 副教授，博士生导师。近年来围绕军用特种电源电极材料的可控制备、电子/离子界面和活性材料体相传质规律、离子嵌入脱嵌过程电化学反应机理、柔性电极制造的材料、结构、能量一体化泛在集能科学技术等领域进行了深入研究，取得了若干原创性成果，迄今已在国际著名学术期刊发表SCI论文97篇，7篇ESI高被引论文，其中以第一/通讯作者发表学术论文72篇。
