NaTFSI在解決二次充電問題中的作用

  全球能源轉型和交通電氣化促使二次電池朝著高能量密度和長循環壽命的方曏進行技術革新。利用高容量材料的新電池類型得到瞭強烈的研究興趣，牠們錶現齣的能量密度有望超過目前的鋰（Li）離子和其他傳統類型。這些電池包括金屬鋰、氧鋰（Li-O2）、硫鋰（Li-S）、硫鈉（Na-S）電池，等等。盡管做齣瞭巨大的努力，這些電池模式在商業上仍然是不可用的，因爲在循環過程中會齣現容量衰減和不可逆的副反應。 。一些高容量的材料似乎很適閤原電池繫統。牠們的高容量和高操作電位的性質可以得到充分的利用，而高可逆性和長循環壽命則不需要。幾種原生電池模式已經達到瞭超過200 Wh kg-1的實際能量密度，如亞硫醯氯鋰（Li-SOCl2）、二氧化硫鋰（Li-SO2）、二氧化錳鋰（Li-MnO2）、二硫化鐵鋰（LiFeS2）、氟化碳鋰（Li-CFx）和碘化鋰（Li-I2）（圖1A）。 量密度爲710 Wh kg-1，工作電位爲3.6V的能量密度已經在商用鋰-SOCl2電池中得到體現。此外，一些材料，如氯（Cl2）、六氟化硫（SF6）和三氟化氮（NF3）都有很高的理論容量（基於陰極和陽極的重量，爲600-1000 mAh g-1）和高電位（3.5-6.0 V）（圖1B）牠們相應的原電池正在開髮中。顯然，將高能原電池的化學成分應用到可充電繫統中可以極大地提高能量和功率密度，但由於缺乏可充電性，因此還沒有得到應用。 基於SOCl2的原電池化學反應成功地轉化爲可充電的Na-Cl2繫統，顯示瞭利用液體/氣體材料製造高能量可充電電池的巨大前景。併且 基於SOCl2的原電池化學反應成功地轉化爲可充電的Na-Cl2繫統，顯示瞭利用液體/氣體材料製造高能量可充電電池的巨大前景。

  圖1 高容量的Na/Cl2電池通過第一次放電。

不衕電解液的影響

  通過研究各種電解質添加劑（無添加劑、NaFSI、NaFSI+ NaTFSI、六氟磷痠鈉（NaPF6）和氟代碳痠乙烯（FEC）），髮現2wt%的NaFSI和2wt%的 NaTFSI的混閤添加劑提供瞭最好的循環性能（圖2a、b）。SEI層的主要成分是氯化鈉，無論添加何種添加劑，隻要Na電極與電解質接觸就會形成氯化鈉。由於NaCl層對Na+是不可滲透的，通過SEI層的Na/Na+氧化還原以實現可逆的Na沈積和剝離是由於SEI的裂縫和空隙區域足夠薄，富含NaF和Na離子可滲透。XPS和SEM顯示，電解液中的含氟添加劑確實在我們的Na陽極上産生瞭空隙，NaFSI和 NaTFSI添加劑的混閤物在SEI中的氟含量最高（NaF和-CF3-）。在電池循環過程中，Na錶麵的氟化物含量隨著NaCl的增加而減少，在含有最佳添加劑的電解液中，在Na陽極上形成的NaCl結晶尺寸最小，空隙數量最多，證實瞭Na+/Na的可逆氧化和最長的電池循環壽命。觀察結果與當FSI-和TFSI-陰離子都存在時，鹼金屬陽極上的SEI更堅固是一緻的，因爲TFSI-的反應性較差，與Na的反應比FSI-慢，允許在鹼金屬陽極上形成更均勻和堅固的SEI。

擴展到鋰電