热电池是一种利用熔融盐电解质的新型储备电池，具有快速激活、高功率输出和长期储存等优势，在地质勘探、应急救援等领域有重要应用。

近日，中国科学院过程工程研究所研究员朱永平和王崧团队在热电池正极材料方面取得重要进展。他们在理论上提出基于“离子筛分”的选择性限域策略，有效抑制了正极材料溶解与穿梭效应，实现热电池电压、比容量和比能量的大幅提升，相关性能数据为目前可搜索文献中的最高值。相关成果发表于《先进科学》。

热电池正极材料是当前相关行业亟需突破的关键方向。过渡金属氟化物（TMF）具有高电压和热稳定性优势，被视为下一代热电池的理想正极。但其在熔盐电解质中易发生溶解、穿梭的问题，制约了其实际应用。

2025年3月，王崧加入朱永平团队，基于课题组长期的技术积累，利用多孔材料易调控的特性，为解决氟化物溶解、穿梭问题提供了新的视角。

此后，他们从理论上率先提出“离子筛分”的新概念，通过原位构筑亚纳米多孔碳界面，类似“筛网”结构，包覆二氟化钴正极材料，分离不同尺寸的离子。

亚纳米多孔界面实现电解质与正极界面之间离子尺寸离子选择性传输示意图。研究团队供图

该“筛网”孔径为0.54纳米，可允许尺寸约为0.15纳米的锂离子自由传输，同时限制尺寸约为0.8纳米的二氟化钴衍生络合离子在正极区域内，从而抑制活性材料的溶解流失，提升界面反应效率。

实验数据显示，采用“筛网”包覆的二氧化钴正极热电池，在100毫安每平方厘米的电流密度、500℃的条件下，实现了超过2.5伏的放电电压、每克365毫安时的高比容量、每千克882瓦时的高比能量。

科研团队表示，该电池的比容量和比能量，是目前可搜索文献中性能最高的高压热电池正极数据。

与此同时，科研团队高度重视科学规律的深入探索与系统总结，以理论高度引领应用实践。

针对钴离子在多组分熔盐电解质中溶解机理不明的难题，他们回溯基础文献，并结合高温溶解实验、X射线衍射和热力学计算等多种手段，最终确认溶解产物为直径约0.8纳米的四氯合钴（II）复合离子。

“该离子由二氟化钴与氯化锂发生阴离子交换生成，是引发正极活性物质迁移和穿梭效应的主因。”王崧表示。

接下来，他们将探索更简单的制备方法，让“离子筛分”概念更简单地运用在热电池正极材料的研发上。

朱永平表示：“我们还将积极布局氟化物正极热电池体系，希望实现热电池性能的大幅度提高，实现我国热电池技术的跨越式发展。”

相关论文信息：https://doi.org/10.1002/advs.202521241