Nano-Micro Lett.：了解室温Na-S电池在不同电解质中的硫氧化还原机理

兔兔

2021-05-07

作为新兴能源系统的室温钠硫（RT Na–S）电池引起了极大的兴趣。与其他能源设备相比，RT Na–S电池具有较高的理论能量密度（1274 Wh kg^-1）和丰富的硫和钠资源。然而，与Li-S电池相比，RT Na-S电池的发展面临两个主要问题。第一个是S正极：在最近对RT Na-S电池的研究中，硫倾向于通过热处理(155°C以上)注入特定的碳宿主。所得的硫含量主要存储在正极宿主的孔中，少量硫分散在表面上，这会造成低的能量密度。第二个问题是电解质：RT Na–S电池的大多数研究通常使用碳酸酯电解质，尽管多硫化钠（NaPSs）和碳酸酯电解质之间的副反应会导致较低的初始库仑效率（CE），但有助于形成稳定的固-电解质中间相（SEI）和获得稳定的循环性。同时，碳酸酯电解质的高价格也降低了RT Na-S电池的商业利益。有鉴于此，伍伦贡大学创新校区Yun-Xiao Wang报道了碳酸酯和醚两种不同电解质对室温钠硫电池中硫氧化还原反应的影响。

本文要点：

1）研究了两种不同S负载量和状态的硫正极。将大部分硫分散在碳基体表面的富硫复合材料可实现较高的负载比(72% S)。相反，受限的硫样品可以以低的负载量（44％ S）将S包封在碳基体的孔中。

2）在碳酸酯电解质中，只有被困在多孔结构中的硫才在循环过程中通过“固-固”行为被激活。具有高表面硫的S正极由于表面多硫化物和碳酸酯溶剂之间的严重副反应而显示出差的可逆容量。

3）为了提高富硫正极的容量，探索了含NaNO₃添加剂的醚电解质，以实现“固液”硫氧化还原过程并限制溶解的多硫化物的穿梭效应。结果表明，富硫正极获得了较高的可逆容量(483 mAh g⁻¹)，200次循环后对应的比能量为362 Wh kg⁻¹，揭示了醚电解质用于高负载硫正极的应用。

Hanwen Liu et al. Understanding Sulfur Redox Mechanisms in Different Electrolytes for Room-Temperature Na–S Batteries. Nano-Micro Letters 2021, 13 (1), 121.

DOI: 10.1007/s40820-021-00648-w.

https://link.springer.com/article/10.1007/s40820-021-00648-w