Angew. Chem. Int. Ed.: 通过电解液设计提升室温钠硫电池循环性能

小学生

2022-05-13

室温钠硫电池具有能量密度高和成本低廉的特点，是一种颇具前景的储能体系。但是在当前研究中室温钠硫电池面临着可逆容量低、自放电严重和循环性能有限等问题。这些问题主要是由于缺乏与电极高度兼容的电解液体系导致。在醚类和酰胺类电解液中硫正极经历“固-液-固”反应历程，可溶多硫中间体的存在会形成穿梭效应，降低库伦效率并造成容量衰减。虽然在碳酸酯电解液中钠硫电池可以通过“固-固”转化的方式避免穿梭效应，但是由多硫阴离子和碳酸酯分子形成的电极-电解液界面层不可控，易造成硫正极失活和容量衰减。近日，清华大学李宝华教授、康飞宇教授和悉尼科技大学汪国秀教授联手开发出一种全氟电解液用于室温钠硫电池，可以有效提升室温钠硫电池的循环性能。

本文要点

1)   作者以2,2,2-三氟-N,N-二甲基乙酰胺（FDMA）为溶剂，以1,1,2,2-四氟乙基甲基醚（MTFE）为反溶剂，以氟代碳酸乙烯酯（FEC）为添加剂配置1 M NaTFSI电解液，其中FDMA:MTFE=1:1 (v:v)，FEC添加量为1 wt%；

2)   通过径向分布函数和分子动力学模拟计算可知该电解液中溶剂化结构为聚集体形式（AGG），一个钠离子与1.6个FDMA分子和1.02个TFSI阴离子配位，形成了类似于局部高浓电解液的溶剂化结构。该电解液可以在硫正极形成富含NaF和Na₃N的正极-电解液界面层（CEI），使得硫正极经历准固相转化从而消除穿梭效应。MTFE的加入不仅避免了多硫化物穿梭，也使得电解液对钠金属负极更加兼容且不易燃烧；

3)   硫正极在该电解液体系中以0.1 C倍率运行，首周可逆比容量为1114 mAh/g，循环两百周后容量保持率高达65%，库伦效率约为99.5%。

参考文献：

J. Wu, et al. Rational electrolyte design toward cyclability remedy for room–temperature sodium–sulfur batteries, Angew. Chem. Int. Ed., 2022

DOI: 10.1002/anie.202205416

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202205416