可充电全固态Na-O2电池具有较高的理论比能量、安全性、电化学稳定性和丰富的钠资源，是下一代储能装置最有希望的候选者之一。然而，目前全固态Na-O2电池的实际应用仍然受到界面电阻低、能量效率低和循环寿命差的限制。
在此，中科院上海微系统与信息技术研究所/上海科技大学刘志教授、武汉大学陈胜利教授及中科院大连化物所彭章泉研究员等人构建了一种可充电全固态 Na-O2/H2O电池，可在某些潮湿氧气环境下催化和精确控制放电产物。
与以往的非水系Na-O2电池和混合型Na-空气电池的结构不同，这种全固态电池仅由三部分构成：纯金属钠作为负极，定制的银-聚合物复合材料（SPC）作为正极，稳定的Na-β”-Al2O3陶瓷作为电解质，不含任何添加剂或液体电解质。在80 °C、 ≈7% 相对湿度（RH）条件下，该电池可循环使用100次以上，过电位低（第100次循环时约为75 mV）且往返效率高（第100次循环时>97%）。作者基于原位拉曼、DEMS、XRD及EDS表征表明，NaOH是唯一的放电产物，它是通过直接的四电子氧还原反应形成的。
图1. 全固态Na-O2/H2O电池的组成及性能
了解Na-O2/H2O电池在适度潮湿的O2环境下发生的反应机理和路线对于开发高性能和长寿命的Na-O2电池至关重要，DFT结果证实Ag催化剂可有效降低NaOH分解的反应势垒，这是电池中低过电位的关键步骤。在O2中添加H2O有助于调节Ag表面的放电产物，甚至降低全固态Na-O2/H2O电池的充电过电位。
此外，这种新型电池还为了解正极和固态电解质在潮湿条件下的稳定性提供了新的见解。作者希望这些在理解电池中发生的反应及该研究发现的科学进展能够鼓励对不同环境下的Na-O2/H2O电池的进一步研究。尽管实际应用中仍然存在许多重大挑战，但NaOH基Na-O2/H2O电池的电化学性能、柔性和稳定性的潜在优势赋予了其实际适用性，并证明了在该方向上的持续研究努力的合理性。
图2. DFT计算Ag上的放电过程的自由能
A Highly Stable All-Solid-State Na-O2/H2O Battery with Low Overpotential Based on Sodium Hydroxide, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202202518
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