汪国秀Angew：用于长寿命室温Na-S电池的不燃电解液设计

可充室温钠硫（RT Na-S）电池由于具有高能量密度和低成本的优势，是一种很有前景的储能技术。然而，由于现有电解质和电极之间的差相容性，它们的电化学性能受到了严重阻碍。

悉尼科技大学汪国秀等展示了一种全氟化电解液，它包含2,2,2-三氟-N,N-二甲基乙酰胺(FDMA)溶剂、1,1,2,2-四氟乙基甲基醚(MTFE) 反溶剂和氟代碳酸乙烯酯( FEC)添加剂，可以大大提高RT Na-S电池的可逆性和循环性。

图1. 电解液设计

理论计算和实验表征均证实，FDMA溶剂和FEC添加剂赋予与多硫化钠(NaPSs)可控的反应，原位形成富含NaF和Na₃N的正极电解质界面(CEI)，从而实现了“准固相”Na-S转化，其中NaPSs的形成可忽略不计。MTFE作为反溶剂的引入可以调节Na⁺溶剂化鞘层，进一步降低NaPSs的溶解度，优化CEI的厚度，并通过协同构建坚固的固体电解质界面(SEI)来稳定Na负极。

图2. CEI表征

结果，氟化组分的协同作用使电解液具有高离子电导率（25℃时为4.3 mS cm^-1）、不可燃性以及与钠金属负极和硫复合正极的高度相容性。受益于精心设计的电解液，所开发的Na-S电池在0.1 C（1 C = 1675 mAh g^-1）下提供了1114 mAh g^-1（基于硫的质量）的高可逆容量，并具有更长的循环寿命。这些重要发现不仅为高性能室温Na-S电池的开发提供了新的见解，而且还可以扩展到具有类似转换机制的各种可充电池系统（例如 Li-S、Li-Se和Na-Se电池）。

图3. Na-S电池性能

Rational electrolyte design toward cyclability remedy for room–temperature sodium–sulfur batteries. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202205416