钠硫电池因其高理论能量密度（1274Whkg⁻1）、资源丰富、环境友好等优势，被视为下一代储能技术的有力竞争者。然而，其实际应用长期受限于多硫化物溶解与穿梭效应、钠枝晶不可控生长、硫转化反应动力学缓慢等挑战。电解液作为电池的“血液”，直接影响离子传输、界面稳定性和电化学行为，因此，电解液的理性设计成为提升钠硫电池性能的关键突破口。传统醚类电解液虽具有一定优势，但仍难以完全抑制多硫化物穿梭；碳酸酯类电解液对多硫化物溶解度低，但往往导致反应动力学迟滞。因此，如何设计一种既能抑制穿梭、稳定界面，又能保持快速反应动力学的电解液，成为推动钠硫电池走向实用化的关键突破口。
针对这些瓶颈，我院新能源材料与器件专业2022级本科生张世奇在导师王立锋副教授的指导下展开研究，从“弱溶剂化电解液”设计理念出发，通过氟取代分子结构调控溶剂化结构，实现了从溶剂化结构调控到电极/电解液界面的系统性优化。该研究通过理论模拟与实验验证，成功构建了一种新型弱溶剂化氟代碳酸酯基电解液体系，显著提升了钠硫电池的循环稳定性与倍率性能，为推动钠硫电池在大规模储能中的应用提供了重要的理论与技术支撑。相关成果以“Rational design of a weakly solvating fluorinated carbonate-based electrolyte for sodium–sulfur batteries”为题在《Chemical Engineering Journal》（中科院一区，JCR一区，IF = 13.2）上发表，我院教师鞠治成教授、王立锋副教授、任乃青副教授为通讯作者。
在此研究中，团队创新性地设计了一种由3,3,3-三氟丙酸乙酯（ETFP）和氟代碳酸乙烯酯（FEC）组成的氟代碳酸酯基弱溶剂化电解液体系。通过理论计算和拉曼光等验证其溶剂化结构的调控，3,3,3-三氟丙酸乙酯（ETFP）分子中的强吸电子基团三氟甲基（-CF3）能够降低酯氧原子上的电子云密度，显著降低了其与钠离子（Na⁺）的配位强度，从而在电解液中构建出一个独特的弱溶剂化环境。与EP溶剂体系（不含吸电子基团）相比，ETFP基电解液中Na⁺周围的溶剂分子配位数明显减少，而来自TFSI⁻阴离子的配位比例大幅提升，形成了以阴离子聚集体（AGGs）为主导的溶剂化鞘层结构。
这一结构转变具有关键意义：阴离子更多地进入Na⁺的溶剂化鞘，使其在电极界面处更易发生还原/氧化分解，从而优先引导形成一层致密、富含NaF等无机物的负极固体电解质界面膜（SEI）和正极电解质界面膜（CEI）。该界面不仅机械强度高，能有效抑制钠枝晶的生长，还具备优异的离子传导性，为钠离子的快速输运提供了稳定通道。
图1. 电解液溶剂化结构
进一步的动力学分析表明，该体系显著提升了硫物种转化反应的动力学速度，钠离子扩散系数明显增加，电荷转移阻抗显著降低。更重要的是，紫外 可见光谱与穿梭电流测试直接证实，该电解液体系从根源上抑制了多硫化物的溶解与穿梭，从而确保了电池在长循环中的活性物质利用效率和结构完整性。
图2. 反应动力学表征
综上，该研究不仅成功开发出一种具有实际应用前景的钠硫电池弱溶剂化电解液，更重要的是，从溶剂化结构调控、界面化学等多尺度揭示了电解液设计对电池性能的影响机制，为今后金属
硫电池电解液体系的开发提供了新的理论和实验支撑。该研究工作得到了大学生创新训练计划项目（X202510290763）和中央高校基本科研业务费专项基金（2025QN1139）的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.172714
新闻来源：材料与物理学院 鞠治成
责任编辑：连雪怡
一审一校：唐军
二审二校：李智
三审三校：范韶维
