王志明/窦士学ACS Nano: 室温钠硫电池正极材料的纳米结构工程策略

室温钠硫（RT Na-S）电池具有丰富的自然储量、廉价的材料和卓越的理论能量密度等优势，被认为是一种具有竞争力的电化学储能系统。然而，RT Na-S电池面临一系列关键挑战，尤其是在S正极方面，包括S及其放电产物的绝缘特性、脱钠过程中S物种的体积波动、可溶多硫化钠的穿梭效应及转换动力学缓慢等。

为此，电子科技大学王志明教授、Xiang Long Huang及澳大利亚伍伦贡大学窦士学教授等人全面综述了用于RT Na-S电池的S基正极材料纳米结构设计策略的最新进展。最近的研究表明，S基材料的纳米结构设计可以通过其独特的物理化学性质和结构特征极大地缓解上述问题。

首先，作者讨论了具有醚基和碳酸酯基电解液的RT Na-S电池的电化学机制并分析了其主要挑战。接下来，详细介绍了纯S正极的先进纳米结构设计策略，包括形态调控、尺寸杂化、孔隙率调节、杂原子掺杂和异质结构工程等，作者重点关注了纳米角度下的组成-结构-性能相互作用。进一步，作者将这些方法扩展到其他S基正极（Na₂S_x和Na₂S）并详细介绍了相关进展。

图1. RT Na-S电池的典型配置

作者对S基正极的纳米结构工程进行了展望：

1）形态调控方面，应更多地关注纳米结构形状的形成和演化机制；

2）尺寸杂化方面，利用更简单可行的方法来制造可扩展的尺寸杂化纳米材料具有重要意义；

3）孔隙率调节方面，如何实现纳米孔径的定向调控和控制微/中孔的比例以实现纳米孔限制功能的最大化值得进一步研究；

4）杂原子掺杂方面，应致力于探索最佳掺杂剂浓度以实现电子电导率和化学亲和力之间的平衡，还需揭示掺杂基底和电催化剂/吸附剂之间的相互作用；

5）异质结构工程方面，过量异质结构可能会降低整个电池系统的能量密度，同时对异质结构和S转化化学之间的界面演化机制需要进一步研究，决定RT Na-S电池电化学性能的主要因素尚不清楚。

图2. RT Na-S电池的实用电极工程

最后，作者提供了RT Na-S电池的未来发展方向：1）电化学机制方面，迫切需要更深入地了解S正极的（脱）钠化机理；2）电极材料的规模化生产方面，采取合适的措施实现纳米结构电极材料的大规模合成是非常有价值的；3）实用全电池标准方面，实用的电极工程、运行条件及对全电池能量密度的关注对于实现RT Na-S电池的实际应用都非常重要。