背景介紹

全球對可持續(xù)低成本儲能方案需求迫切，室溫鈉硫電池因鈉、硫元素儲量豐富及高理論容量受關注，但實際應用存兩大瓶頸：一是能量輸出低，傳統(tǒng)體系基于S/Na?S轉化，放電電壓低于1.6V，制約能量密度；二是負極問題，需過量鈉金屬補償活性鈉損失，增加成本、降低密度且有安全隱患。開發(fā)高電壓且無需過量鈉的鈉硫電池是關鍵挑戰(zhàn)，本文針對此提出新化學與結構設計。

本文亮點

核心突破在于解決電壓與負極結構限制：一是激活S?/S??反應，放電電壓提至3.6V級；二是首創(chuàng)無負極構型，鈉直接在鋁集流體沉積/剝離；三是雙氰胺陰離子（DCA?）兼具催化與穩(wěn)定SEI膜作用，支撐體系運行。

圖文解析

圖1. 可逆S/SCI?轉化的正極化學

要點：通過X射線吸收譜、原位拉曼等手段證實S?/S??可逆轉化。NaDCA電解質中，DCA?降低反應能壘，使S?與SCI?轉化在3.6V平穩(wěn)進行；NaCl電解質則反應困難。氣相色譜-質譜檢測到SCI??信號，進一步驗證反應可逆性。

圖2. NaDCA電解質中鈉沉積/剝離性能

要點：NaDCA電解質下鈉-鋁對稱電池庫侖效率達96%，循環(huán)穩(wěn)定；NaCl電解質則效率低、過電位大。NaDCA形成富氮SEI膜，促進均勻鈉沉積，抑制枝晶；電解質動力學優(yōu)異，支持高電流密度與面容量。

圖3. 無負極Na-S電池電化學性能

要點：NaDCA電解質穩(wěn)定窗口達4.25V，支撐3.6V放電平臺，可逆容量744mAh/g。倍率性能優(yōu)異，16A/g下仍有715mAh/g容量，能量密度最高1198Wh/kg、功率密度23773W/kg。循環(huán)穩(wěn)定，1400次循環(huán)性能佳，寬溫域（-40℃至80℃）與長擱置壽命表現(xiàn)突出，引入催化劑后能量密度達2021Wh/kg。

圖4. 電池實用性驗證

要點：電解液不可燃，軟包電池切割針刺測試安全；制備1.06Ah安時級電池，證明電網儲能潛力；系統(tǒng)成本低至5.03美元/千瓦時；開發(fā)纖維狀電池，可編織成供電紡織品。

總結與展望

本研究突破傳統(tǒng)室溫鈉硫電池瓶頸，基于S?/S??化學與無負極構型，實現(xiàn)高電壓、高能量密度與穩(wěn)定循環(huán)。NaDCA電解質的催化與SEI穩(wěn)定作用是關鍵，該體系在儲能與可穿戴領域潛力巨大，為下一代儲能技術開辟新路徑。

原標題：《【復材資訊】上海交通大學/復旦大學合作，Nature！》

本文僅代表作者觀點，版權歸原創(chuàng)者所有，如需轉載請在文中注明來源及作者名字。

免責聲明：本文系轉載編輯文章，僅作分享之用。如分享內容、圖片侵犯到您的版權或非授權發(fā)布，請及時與我們聯(lián)系進行審核處理或刪除，您可以發(fā)送材料至郵箱：service@tojoy.com