可充电的室温钠硫电池作为锂离子电池的可持续替代品，已经受到日益广泛的关注。这是由于无毒且高容量的硫正极与资源丰富且低电位的钠负极相结合，使得室温钠硫电池系统具有低成本和高能量密度的独特优势，因而成为一种极具前途的电能储能技术。 然而，室温钠硫电池存在低可逆容量、严重的自放电以及循环寿命有限等问题，严重限制了其实际应用。这主要由于现有的电解质和电极之间的兼容性差所致，如在传统的醚基和酰胺基电解液中，硫被可逆地还原成可溶性的长链多硫化钠作为反应中间产物，并最终转变为固态的硫化钠和二硫化钠，经历"固-液-固 "的转化。在此过程中，长链多硫化钠不受控制地穿梭至钠负极，导致活性物质的损失和界面恶化，大大降低了电池的可逆性和循环寿命。 近日，清华大学深圳国际研究生院的李宝华教授、周栋研究员和悉尼科技大学的汪国秀教授合作，设计了一种全氟电解液，大大提高了室温钠硫电池的可逆性、循环寿命和安全性。其中，三氟-N, N-二甲基乙酰胺（FDMA）和氟代碳酸乙烯酯（FEC）与首圈放电产生的多硫化钠反应形成了富含NaF和Na3N的正极电解质间界面（CEI），实现"准固相"的钠硫转化，消除了多硫化物的穿梭；而1,1,2,2-四氟乙基甲醚（MTFE）作为反溶剂的引入不仅减少了多硫化物的溶解，而且有效调控钠离子溶剂化结构，以进一步稳定钠金属负极。
分子动力学模拟和拉曼光谱测试显示，随着MTFE的加入，Na+溶剂化鞘表现出一个TFSI-与两个或多个Na+配位的富集结构（AGG）。这表明MTFE作为反溶剂，有效地加强了Na+和TFSI-之间的相互作用，使阴离子参与形成稳定的SEI，提高Na金属负极的循环稳定性。通过燃烧实验可以看出，醚基电解液在点燃后的自熄时间长达132 秒/克，而全氟电解液的自熄时间为0秒，表现出完全不可燃性。 在醚基电解质中，硫遵循 "固-液-固 "的转化途径，出现严重的穿梭效应，导致了低可逆性和容量衰减。相反，在全氟电解质中，首圈放电形成的多硫化钠与氟代溶剂之间发生亲核反应形成富含NaF和Na3N的CEI，显著抑制了多硫化钠的形成和电解质分解，促成了“准固相”转化。此外，氟代醚作为反溶剂有效减少活化过程中多硫化钠的生成，从而调控CEI厚度至3纳米。 电解液调控使室温钠硫电池表现出高比能量和稳定的循环性，这些关键的发现不仅为启发高性能室温钠硫电池的开发提供了新的指导，而且还可以扩展到具有类似转换机制的可充电电池系统（如锂硫、锂硒和钠硒电池）。 论文信息 Rational Electrolyte Design toward Cyclability Remedy for Room-Temperature Sodium–Sulfur Batteries Junru Wu,Yao Tian,Yifu Gao,Ziyao Gao,Yuefeng Meng,Yao Wang,Xia Wang,Dr. Dong Zhou,Prof. Feiyu Kang,Prof. Baohua Li,Prof. Guoxiu Wang 文章的第一作者为清华大学深圳国际研究生院的博士研究生吴军茹。 Angewandte Chemie International Edition
