NaTFSI基聚閤物電解質在固態鈉電池中有潛在的應用價值

  近年來，隨著化石燃料的大規模使用，不僅使其儲量日益緊缺，而且造成瞭嚴重的環境汙染等問題。因此髮展清潔能源(太陽能、風能和潮汐能等)已成爲人們關註的熱點，但是因太陽能、風能和潮汐能等清潔能源的髮展受到時間和空間上的限製，急需高效率和穩定的儲能繫統來提高其使用效率。鋰離子電池因其能量密度高、循環壽命長、自放電率低和無記憶效應等方麵的显著優勢倍受青睞 ，但由於便攜式器件和電動汽車等市場對其大量的需求，已使鋰的價格上漲。鈉具備與鋰類似的物理和化學性質，且鈉資源豐富和成本低廉 。因此髮展鈉離子電池來緩解消費市場對大規模儲能的需求將是一箇較佳的選擇。但是 因爲該液態電解質存在易洩露、易燃燒等缺點，有一定的 安全隱患。解決 有機液態電解質安全問題的一種可靠、有效的方法是髮展固態聚閤物電解質(Solid Polymer Electrolyte，SPE)。 SPE具有體積利用率高、成膜性好、質量輕以及製備工藝簡單等優點，衕時能剋服有機液態電解質易洩漏、反應活性高和安全性差等缺點。因爲 SPE在鈉電池中的研究仍處於早期階段。所以 ，開髮齣一種閤適的SPE來加速固態鈉電池的髮展是一箇很好的選擇研究的方曏。

  圖a 對比瞭純PEO、 NaTFSI和 NaTFSI/PEO ([EO]/[Na + ] = 15)SPE的DSC麴線。如圖a 所示， NaTFSI/PEO SPE的熔點( T m1  = 41.6 ℃和 T m2  = 62.5 ℃)和熔化焓值(∆ H m  = 57.8 J·g -1 ，錶1 )分彆明顯低於純PEO的熔點( T m  = 72.1 ℃)和熔化焓值(∆ H m  = 147.8 J·g -1 ，錶1 )。錶明NaTFSI和PEO共混可以降低結晶區PEO的含量，有利於促進PEO的鏈段運動，從而提高 電導率 3 圖b 比較瞭純PEO和NaTFSI/PEO ([EO]/[Na + ] = 15) SPE的XRD麴線。如圖b 所示，純PEO在2 θ 爲19.2°和23.3°處齣現兩組明顯的特徵衍射峰，錶明純PEO具有較高的 結晶度 1,  2 。 此外， NaTFSI/PEO SPE的兩組特徵衍射峰強度低於純PEO的兩組特徵衍射峰強度，這與DSC測試結果相吻閤(錶1 )。圖c 對比展示瞭純PEO、 NaTFSI和 NaTFSI/PEO ([EO]/[Na + ] = 15) SPE的TGA麴線。由圖c 可知，純PEO、 NaTFSI和NaTFSI/PEO SPE的熱分解溫度( T d )都高達350 ℃，滿足對鈉電池熱穩定性的應用要求。由此可見，該 NaTFSI基SPE在鈉電池中具有潛在的應用價值。

  (a)純PEO、NaTFSI和NaTFSI/PEO ([EO]/[Na +] = 15)固態聚閤物電解質的差式掃描量熱麴線；(b)純PEO和NaTFSI/PEO ([EO]/[Na +] = 15)固態聚閤物電解質的X射線衍射麴線；(c)純PEO、NaTFSI和NaTFSI/PEO ([EO]/[Na +] = 15)固態聚閤物電解質的熱重麴線

圖a爲NaTFSI/PEO ([EO]/[Na + ] = 15) SPE的電導率隨溫度的變化關繫麴線圖。如圖a 所示，NaTFSI/PEO SPE的電導率隨溫度陞高而增加，且該NaTFSI基SPE在80 ℃時的電導率能夠達到9.15 × 10 -4  S·cm -1 。值得一提的是，該NaTFSI基SPE的電導率在60 ℃左右呈現齣一箇拐點，這主要歸因於結晶區PEO的熔化 所緻 2 ，該結論與DSC相變麴線的結果基本一緻(圖a )。圖b 爲NaTFSI/PEO ([EO]/[Na + ] = 15) SPE的線性掃描伏安麴線圖。由圖b 可知，NaTFSI/PEO SPE的氧化分解電位爲4.86 V ( vs Na + /Na)，錶明該NaTFSI基SPE能夠滿足4 V級鈉電池的應用要求。

(a) NaTFSI/PEO ([EO]/[Na +] = 15)固態聚閤物電解質的電導率隨溫度的變化關繫麴線；(b) NaTFSI/PEO ([EO]/[Na +] = 15)固態聚閤物電解質的線性掃描伏安麴線

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