Matter综述：提高室温钠硫电池硫正极的电化学动力学

Nanoyu

2021-04-06

由于成本低、能量密度高等优点，室温（RT）钠硫电池（RT-Na/S）被认为是最有潜力的储能技术之一。然而，其存在的各种问题仍然严重阻碍了RT-Na/S电池的实际应用，特别是可溶性多硫化钠（NaPS）引起的穿梭效应以及S₈和Na₂S₂/Na₂S在S正极中的低转换效率。近年来，人们在RT-Na/S电池中采用了各种策略来提高S正极的电化学动力学，这些策略能够显著地提高（或改变）S正极的氧化还原过程，并减轻S正极的穿梭效应。

有鉴于此，哈工大王殿龙教授，王博副教授系统地综述了RT-Na/S电池的工作原理和提高S正极电化学动力学的最新进展。此外，还展望了提高S正极电化学动力学研究的未来仍面临挑战和前景。

文章要点

1）对于RT-Na/S电池，反应迟缓和穿梭效应是导致其可逆容量低、衰减快的主要原因。因此，提高S正极的电化学动力学有望成为一种极有前途的策略。在以往的研究中，人们研究了碳基基质、共价硫化合物和金属改性基质等，并分别在醚基和碳酸盐基电解质方面取得了巨大进展。作者通过比较基于不同策略的RT-Na/S电池的电化学性能的比较发现：1）与其他含碳基质相比，微孔碳基质具有更好的性能，其除了提高电子电导率之外，还可以实现S和Na₂Ss之间的直接固态转化。由于杂原子的引入，N掺杂的碳基质也表现出更好的性能，这可以增强基质的导电性和极性；2）在共价S复合材料中，得益于其改善的导电性、直接固态转化和额外增强的Na⁺离子传输，掺杂的S@pPANs实现了优异的倍率性能。更重要的是，使用碳酸盐基电解质可获得比使用醚基电解质更好的性能；3）具有催化作用的嵌入在碳骨架中的理想的金属、金属氧化物和金属硫化物等可以首先通过物理限域和极性相互作用来锚定NaPS，然后催化其快速转化为Na₂S₂/Na₂S，从而有利于抑制穿梭效应。

2）虽然近年来有关RT-Na/S电池的研究已经取得了巨大进展，但要实现RT-Na/S电池的大规模实际应用，仍有一些关键问题需要解决，包括：i）提高对RT-Na/S电池的基本认识；ii）进一步的优化策略；iii）工业化生产的路线图。与成熟的商用HT-Na/S电池相比，RT-Na/S电池还处于实验室研究阶段。除了在纽扣电池中测试的电化学性能之外，实现商业化生产还需要考虑其他因素。

这篇综述有望为RT-Na/S电池未来的研究提供重要的指导。

参考文献

Jin et al., Boosting electrochemical kinetics of S cathodes for room temperature Na/S batteries, Matter (2021),

DOI：10.1016/j.matt.2021.03.004

https://doi.org/10.1016/j.matt.2021.03.004