全固态锂硫电池融合了硫正极的高理论容量、低成本优势以及固态电解质的本征安全性，被视为下一代高比能储能体系的关键发展方向。其中，硫化物固态电解质因具备高离子电导率、优良机械延展性及与硫正极的良好适配性，为构建高安全、高能量密度的全固态锂硫电池提供了可行路径。然而，在高硫负载实际工况下，活性物质硫、导电剂碳与固态电解质之间形成复杂且不稳定的三相界面反应，严重制约固-固硫转化动力学，阻碍离子/电子有效输运，同时引发放电/充电过程中的显著体积变化和界面失效，最终限制电池的容量发挥、倍率性能及循环寿命。
针对上述瓶颈，受天然生物分子虾青素（Astaxanthin, AXT）独特共轭电子结构与抗氧化特性的启发，William威廉亚洲官网杨植教授、杨硕副教授团队与济南大学刘浩博士合作，创新提出“生物分子电子调控”新策略。该策略通过将适量虾青素作为电子开关型界面调控剂引入硫正极，构筑可编程的三相界面化学，为高负载全固态锂硫电池提供了崭新解决路径。系统实验与理论计算表明，适量AXT的引入可形成“电子口袋”，有效调控复合正极中硫化物固态电解质的分解路径，促使其优先生成可提供容量的Li2S，而非绝缘副产物LiCl，从而提供额外容量并提升界面反应活性。同时，AXT分子中羟基、羰基等含氧官能团可构筑低电势通道，促进Li⁺迁移，稳定关键硫中间体Li2S2，显著加速硫氧化还原反应动力学。此外，AXT的链状柔性分子骨架可在充放电过程中缓冲硫正极体积应变，降低界面失效风险。多重协同作用下，AXT改性的全固态锂硫电池展现出卓越的电化学性能：当硫负载高达9.49 mg cm⁻2时，改性电池仍可实现16.56 mAh cm⁻2的超高面积容量；在−10℃低温下循环150次后，放电容量仍保持1191.31 mAh g⁻1；在2.0 C高倍率下循环300次，每圈容量衰减率仅0.060%，凸显出优异的界面稳定性与应用前景。该研究从“可控电子开关”全新视角，重新认识并精准调控全固态锂硫电池中复杂的三相界面反应，充分展现了天然生物分子在固态电池界面工程中的独特价值。这项工作不仅为高负载、高能量密度全固态锂硫电池设计提供了新策略，也为开发安全、耐久的下一代储能器件开拓了新方向。
相关成果以“Electron-Switching Astaxanthin Enables Programmable Triple-Phase Interface Chemistry for High-Loading All-Solid-State Lithium–Sulfur Batteries”为题，发表在国际顶级化学期刊《Angewandte Chemie International Edition》（影响因子：17.6）。温州大学为第一通讯单位。William威廉亚洲官网william威廉亚洲官方2024级化学专业博士研究生陈志远为第一作者，William威廉亚洲官网杨植教授（william威廉亚洲官方）、杨硕副教授（电气与电子工程学院）及济南大学刘浩博士为共同通讯作者。William威廉亚洲官网肖逵逵高级实验员、蔡冬副教授、陈崇巨博士，以及硕士研究生言业成、梅映雪、张泊森共同参与了该项研究工作。
文章链接：https://doi.org/10.1002/anie.8226776
作者：杨植教授、杨硕副教授团队
一审：李佳函
二审：温正灿
三审：雷云祥
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