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京都大學(xué)AFM：用于中溫鈉硫電池的β”-氧化鋁/無(wú)機(jī)離子液體雙電解質(zhì)

盡管鈉硫(Na-S)電池在高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)性和可持續(xù)性方面具有廣闊的前景，但由于其300°C以上的高工作溫度而產(chǎn)生的安全性、實(shí)用性和多功能性問(wèn)題嚴(yán)重阻礙了其部署。

由于絕緣硫/多硫化物的形成、β”-氧化鋁固態(tài)電解質(zhì)（BASE）中鈉離子傳導(dǎo)減弱、鈉金屬枝晶在低于其熔點(diǎn)的溫度下生長(zhǎng)以及在沒(méi)有基底的情況下發(fā)生穿梭效應(yīng)，降低工作溫度會(huì)阻礙Na-S電池的性能。

日本京都大學(xué)Kazuhiko Matsumoto等人提出了一種集成了由 BASE 和新型無(wú)機(jī)離子液體組成的雙電解質(zhì)的Na-S電池，用于150°C的中溫運(yùn)行。

放置在正極室中的離子液體增強(qiáng)了硫和多硫化物活性材料的反應(yīng)性，從而提高了它們的利用率，進(jìn)而提高了電池的能量密度。此外，研究表明，離子液體具有高離子電導(dǎo)率、寬電化學(xué)窗口以及優(yōu)異的熱和化學(xué)穩(wěn)定性，使其有利于中溫運(yùn)行。

圖1 用雙電解質(zhì)的中溫Na-S電池的運(yùn)行機(jī)制示意圖

選擇性Na⁺導(dǎo)體BASE消除了多硫化物的穿梭效應(yīng)并提高電池循環(huán)壽命。結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了0.1 mA（電極面積：0.785 cm²）下795 mAh (g-S)^-1的高可逆容量和0.5 mA 下循環(huán)超過(guò)1000次后381 mAh (g-S)^-1的平均容量，這驗(yàn)證了在雙電解質(zhì)系統(tǒng)中使用離子液體可改善Na–S電池性能。

圖2 電化學(xué)性能

A β”-Alumina/Inorganic Ionic Liquid Dual Electrolyte for Intermediate-Temperature Sodium–Sulfur Batteries. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202105524

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