通过不易燃双功能电解质实现的相间调节室温钠硫电池

通过不易燃双功能电解质实现的相间调节室温钠硫电池

离子液体(IL)是液态的盐，IL中强大的离子间作用力使其能够优先在固体表面附近聚集成一个界面层，有效屏蔽阴极和阳极与电解质的直接接触，减少副作用的发生。IL的弱溶解性大大减少了Na2Sx的产生，从而缓解活性硫的溶解和穿梭。近年来，ILs在RT Na-S电池中的应用受到了广泛关注。但相应的研究仍处于早期阶段，IL基电解质在RT Na-S电池中的作用机理仍不清晰。此外，目前的电解质研究主要依赖于复杂的纳米结构硫阴极系统，这阻碍了电池的实际应用。基于此，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所的吴晓东和许晶晶团队将不易燃的双功能IL（1-乙基-3-甲基咪唑鎓双氟磺酰亚胺，EMIFSI）作为主要溶剂引入RT Na-S电池，成功抑制了Na2Sx的生成，并确保了硫物种的持续固-固转化，有效避免了活性硫的损失和穿梭效应。

图1. 材料的拉曼光谱、分子动力学模拟计算、LUMO能级和LSV曲线（图片来源：Adv. Energy Mater.）

通过在1M NaTFSI/EMIFSI溶液中添加不同量的氟代碳酸乙烯酯(FEC)，研究者对电解质配方进行了优化，其中EMIFSI中1M NaTFSI（含10 wt.% FEC） （命名为IL-FE）的电化学性能佳，因此其它电解质（EMIFSI中1 M NaTFSI（命名为ILE）、1 M NaClO4（含3 wt.% FEC）（命名为CE））被选为对照组（图1）。与ILE相比，拉曼光谱中添加FEC (730 cm-1)后的IL-FE中S-N-S峰向738 cm-1移动，表明Na+和FEC之间存在部分配位。计算表明，配位FEC的LUMO能量低于配位FSI-和TFSI-，表明FEC可能优先还原。

图2. 采用不同电解质的Na||Na对称电池的循环性能、表面形态和表面物种分析（图片来源：Adv. Energy )

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202404890

原文作者：Yang Liu, Suwan Lu,

Shixiao Weng, Jingjing Xu, Haifeng Tu, Zhicheng Wang, Jiangyan Xue, Lingwang

Liu, Fengrui Zhang, Guochao Sun, Yiwen Gao, Can Qian, Zheng Liu, Hong Li, and

Xiaodong WuDOI: 10.1002/aenm.202404890