可充室溫鈉硫（RT Na-S）電池由于具有高能量密度和低成本的優(yōu)勢(shì)，是一種很有前景的儲(chǔ)能技術(shù)。然而，由于現(xiàn)有電解質(zhì)和電極之間的差相容性，它們的電化學(xué)性能受到了嚴(yán)重阻礙。

悉尼科技大學(xué)汪國(guó)秀等展示了一種全氟化電解液，它包含2,2,2-三氟-N,N-二甲基乙酰胺(FDMA)溶劑、1,1,2,2-四氟乙基甲基醚(MTFE) 反溶劑和氟代碳酸乙烯酯( FEC)添加劑，可以大大提高RT Na-S電池的可逆性和循環(huán)性。

圖1. 電解液設(shè)計(jì)

理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)表征均證實(shí)，F(xiàn)DMA溶劑和FEC添加劑賦予與多硫化鈉(NaPSs)可控的反應(yīng)，原位形成富含NaF和Na₃N的正極電解質(zhì)界面(CEI)，從而實(shí)現(xiàn)了“準(zhǔn)固相”Na-S轉(zhuǎn)化，其中NaPSs的形成可忽略不計(jì)。MTFE作為反溶劑的引入可以調(diào)節(jié)Na⁺溶劑化鞘層，進(jìn)一步降低NaPSs的溶解度，優(yōu)化CEI的厚度，并通過(guò)協(xié)同構(gòu)建堅(jiān)固的固體電解質(zhì)界面(SEI)來(lái)穩(wěn)定Na負(fù)極。

圖2. CEI表征

結(jié)果，氟化組分的協(xié)同作用使電解液具有高離子電導(dǎo)率（25℃時(shí)為4.3 mS cm^-1）、不可燃性以及與鈉金屬負(fù)極和硫復(fù)合正極的高度相容性。受益于精心設(shè)計(jì)的電解液，所開(kāi)發(fā)的Na-S電池在0.1 C（1 C = 1675 mAh g^-1）下提供了1114 mAh g^-1（基于硫的質(zhì)量）的高可逆容量，并具有更長(zhǎng)的循環(huán)壽命。這些重要發(fā)現(xiàn)不僅為高性能室溫Na-S電池的開(kāi)發(fā)提供了新的見(jiàn)解，而且還可以擴(kuò)展到具有類(lèi)似轉(zhuǎn)換機(jī)制的各種可充電池系統(tǒng)（例如 Li-S、Li-Se和Na-Se電池）。

圖3. Na-S電池性能

Rational electrolyte design toward cyclability remedy for room–temperature sodium–sulfur batteries. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202205416