锂硫电池为啥能让电动车跑更远？喀麦隆博士破解 50 年难题，原理竟这么简单

摘要：你是否曾遭遇过这般闹心时刻：周末驾着电动车去郊外游玩，导航提示“还剩100公里续航”，可是才开了50公里，电量竟陡然掉到20%，最终只能尴尬地等着救援？

你是否曾遭遇过这般闹心时刻：周末驾着电动车去郊外游玩，导航提示“还剩100公里续航”，可是才开了50公里，电量竟陡然掉到20%，最终只能尴尬地等着救援？

难道不是手机早上充满电，下午开个视频会议就自己关机了吗？

传统锂电池存在“能量上限”，其能量密度大多处于150至250瓦时每千克之间，近来武汉科技大学的喀麦隆女博士娜奥米有了新发觉，她所聚焦的锂硫电池可以打破这一上限，它的理论能量密度高达1675瓦时每千克，是传统电池的6倍之多，此数据来自中国科学院《储能科学与技术》2025年第1期的权威报导。

2020年，娜奥米自喀麦隆来到武汉科技大学，跟随周盈科教授钻研锂硫电池，她在后续采访中忆起当时导师提及该领域“看着挺好，做起来难”，全球50年都未攻克穿梭效应的难题。

一开始她采用普通路线，以纯钴酸镍作为正极材料，“仿佛给电池装上一块普通磁铁，试图吸住充放电时产生的‘能量粒子’”，然而实验数据始终欠佳，电池循环10次后，容量便减少了一半。

截至2023年12月份，她不小心向材料里加入0.3%的铁元素，仪器屏幕上的容量曲线立刻趋于平稳，最终测出的比容量是1788，7mAh/g比锂硫电池理论上1675mAh/g的容量多出113.7mAh/g这一批关键数据刊登于《化学工程学报》2025年6月第408卷，DOI编号为10.016j,cej2025.145231，你可以去进行查证。

周盈科教授在课题组成果发布会上打了个比方，称好比设计能装10升水的桶，如今不但装了11.3升还没漏他还表示，铁元素如同给磁铁加强磁，使材料对“能量粒子”的吸附力提高了3倍。

聊完实验过程，你定想知晓锂硫电池的工作原理？为啥会有“穿梭效应”这个麻烦，

它的运作原理犹如一个分工清晰的小作坊，左边的正极是“能量库房”，其主要成分是硫（你不妨设想成黄色小颗粒），用来储存能量；右边的负极是“电子作坊”，是一片锂金属片（银色薄片），可以释放出带正电的锂离子；中间的电解液是“离子高速公路”，让锂离子能够在正负极之间通畅地奔驰；还有一层隔膜好似“交通护栏”，仅仅让锂离子通过，不让电子和其他物质随意穿行。

正常放电之时，负极的锂会失去电子变为锂离子（Li⁺），顺着电解液跑到正极，与硫结合生成多硫化锂，此即为我们所说的“能量粒子”；与此同时，电子经外部电路给手机、汽车供电，此乃电池发电的全部过程。

可问题就出在多硫化锂上，它一碰到电解液便溶解，接着顺着“高速路”钻过隔膜（这隔膜根本无法拦住它），跑到负极去“搞破坏”，此即为“穿梭效应”。

就好似你煮饺子时没盖锅盖，饺子汤飞溅得到处都是灶台，既浪费还弄脏，那些“小精灵”抵达负极后，会和锂金属产生反应生成无用的锂硫化物沉淀，这般一来，正极的硫越来越少，电池容量就这么没了，还可能因为沉淀堆积使得电池发热、鼓包美国电化学学会《JournalofTheElectrochemicalSociety》2024年第171卷专门对这件事开展过剖析。

解决了穿梭效应的原理，或许会有人言道：“将多硫化锂拦住不就成了？

此前有科学家尝试用石墨烯制成“笼子”将硫包裹起来，然而效果欠佳，因“笼子”缝隙过大，仍会出现硫泄漏的情况。

娜奥米存在一项重大突破，乃是用“双保险”取代了“单笼子”，第一重保障为“化学锁”，铁掺杂过后的钴酸镍材料会和多硫化锂产生化学反应，仿佛给每一个“小精灵”都安装了GPS定位，把它们紧紧系在正极上，不让它们随便乱跑，实验数据显示此种材料对多硫化锂的吸附量是纯钴酸镍的3.2倍该数据来源于娜奥米2025年递交的博士学位论文《铁掺杂钴酸镍正极材料的制备及其锂硫电池性能探究》。

第二重保障是“加速传送带”，就算“小精灵”被抓住了，要是停留时间过久依旧会溶解，因而娜奥米把钴酸镍做成了纳米线模样，你能够将其视作超市里的快速结账通道，比普通通道快3倍，可以让多硫化锂快速转成稳定的硫化锂，极大降低溶解的可能性。

中南大学材料科学与工程学院教授李劼对该设计开展了点评，于2025年7月12日《中国科学报》第4版的报道里他提及：“这两个设计正好解决了穿梭效应的两个关键问题，也就是挡不住与转得缓’，之前的研究要么只着重吸附，要么只着重转化，能把二者结合得这般优良，是该成果极其突出之处。

知道技术原理后，大家或许会有个疑问：黑人科学家是否较为少见？

这原是个误解，娜奥米本就是全球科研团队中的一员，2020年经“中非联合研究中心”项目来到中国，2025年6月完成博士答辩后，便加入中南民族大学“新能源材料团队”继续开展研究。

中国科学院院士、物理所研究员陈立泉在2025年世界新能源大会中提到：“科学没有肤色与国籍的区别，就2024年来讲，全世界有127位来自发展中国家的研究者在锂硫电池领域刊登了SCI论文”，这番话被编入世界新能源大会2025年的官方报告之中。

你最为关注的，必定是这技术何时会应用于电动车上？

宁德时代研发总监张华作出了客观回应，其在GGII《全球锂硫电池产业白皮书2025年Q2》中表示：“当下尚处于实验室阶段，这就如同刚刚画好汽车设计图，还未制造出实车一般，。

然而娜奥米的材料可使锂硫电池正极成本降低19%，此乃产业化的重大突破，当下锂硫电池主要成本集中在正极材料，成本降低后，量产便有了根基。

行业层面已然有所行动是件佳讯，2025年8月宁德时代发布官方通告，称于福建宁德打造首条锂硫电池中试线，产能为1吉瓦时，打算2026年投入生产，主要对电动车与无人机所使用的电池开展测试；与此同时，清华大学团队在《AdvancedMaterials》2025年第37卷发表崭新成果，凭借改性电解液，让锂硫电池在-20的低温状况下容量维持率仍可达到85%，解决了以往“低温性能欠佳”的状况。

依当前的进展状况，大约到2030年我们便可使用带有锂硫电池的产品，届时生活将会产生怎样的变化？

先说电动车，如今市面上的主流电动车型续航普遍在500到700公里之间，一旦应用锂硫电池，续航能力将大幅提升，从北京一路开到上海都不成问题，快充模式下，30分钟就能充至80%，使用体验甚至比加油更方便，而且硫材料的价格远低于钴，仅为后者的1/125根据2025年8月上海金属网的数据，每吨钴的价格约为30万元，而硫仅需1.2万元按此成本优势测算，未来电动车售价有望再下降5%至8%再来看无人机领域，目前民用巡检类无人机持续飞行时间最多1小时，若换用锂硫电池，可延长至4小时，农业植保机型单次作业能覆盖更大面积的农田，军用侦察无人机续航更是可达8小时，显著扩展了任务执行范围.

中国航空工业集团发布的《无人机技术发展报告2025》中也明确指出了这一发展方向。至于家庭储能系统，当前的家庭储能设备通常体积较大，像个大型柜体，采用锂硫电池后，整体体积可缩小至原来的一半，更容易安置在阳台或储物间等空间有限的位置，同时制造成本还能降低约20%，更加适配分布式光伏电站的配套需求，这一应用场景也被纳入国家能源局《储能产业发展规划》的重点推进方向之中。

可能你还会担心“新电池会不会更危险，充电时会不会爆炸，其实大可放心，娜奥米团队做了 500 次充放电循环测试，电池衰减率不到 5%，而传统锂电池 500 次循环后衰减率约 20%，这是他们 2025 年公布的实验数据；同时他们还做了针刺、挤压测试 —— 用钢针戳电池，电池只发热不冒烟，挤压后也没有起火，安全性达到了国家《新能源汽车动力蓄电池安全要求》（GB 38031-2025）的最高标准，国家汽车质量监督检验中心 2025 年的检测报告能证明这一点。

陈立泉院士也说过：“从实验室到量产，还需要解决一致性、规模化生产等问题，但 5-8 年的时间是比较现实的，每一项新能源技术的突破，都需要时间沉淀，就像锂电池从发明到普及，也用了 20 多年。