鈣硫（Ca-S）電池是大規模儲能系統的理想候選材料。然而，由于其缺乏有效的硫正極以及電極與電解質之間的不相容性，導致不可逆的硫轉化、低效的鈣沉積/剝離，因此長壽命室溫 Ca-S 電池的開發受到了阻礙。

在此，廣東工業大學黃少銘、李娜等人通過 C/S 共沉積工藝制備了一種渦輪碳層封閉小分子/共價硫正極（S@C NS），其含量高達65.7%，并擴大了碳層空間。通過使用這種正極并優化基于 LiPF₆/Ca(BF₄)₂ 混合電解質的界面電化學，該工作報告了一種創紀錄的長壽命室溫 Ca-S 電池。在 100 mA g^-1 的條件下，電池容量高達824.6 mAh g^-1，145 次循環后電池容量保持率為 47.9%；在 500 mA g^-1 的條件下，電池容量達到 462.1 mAh g^-1。

研究表明，具有多孔微結構的鋰/鈣基混合 CEI 可促進 Ca²⁺ 在 CEI 上的轉移動力學；具有較大層間空間的渦輪碳層及其對小分子硫的限制作用可在正極內部實現原位可逆固態硫轉換；在負極上形成了有效的鋰/鈣基混合SEI，可在低沉積電位和小過電位條件下實現可逆鈣沉積/剝離。

圖1. 電化學性能

總之，該工作報告了一種破紀錄的長壽命室溫 Ca-S 電池，該電池使用碳層封閉的小分子/共價硫復合納米片正極和Ca(BF₄)₂-LiPF₆ 碳酸酯電解液。結果顯示，該電池在 100 mA g^-1 和 200 mA g^-1 條件下的可逆容量分別為 824.6 mAh g^-1和 ≈591.7 mAh g^-1，循環 147 次和 120 次后的容量保持率分別為 47.9% 和48.1%，甚至在 500 mA g^-1 條件下的容量保持率可達到≈462.1 mAh g^-1。

對硫轉化和界面演化機理的研究表明，具有多孔微結構的最佳CEI、混合無機成分（LiF、CaF₂、LiPO_xF_y 和 LiP_xF_y）和基于Li/Ca的混合SEI同步解決了Ca²⁺穿過CEI/SEI層與內電極反應的轉移問題。CEI和SEI的形成有效地促進了可逆的Ca-S化學反應和Ca²⁺沉積/剝離。因此，該項研究為開發長壽命室溫Ca-S電池提供了可能的解決方案，并為電解質依賴性電荷傳導混合 CEI/SEI 的界面電化學提供了獨特的見解。

圖2. 電池界面表征

High-Content Carbon Layer Confined Small-Molecule/Covalent Sulfur Cathode Enables Long-Life Calcium–Sulfur Batteries in Hybrid-Ion Electrolyte, Advanced Functional Materials 2024 DOI: 10.1002/adfm.202313441