钠电池在储能方面是锂离子电池很有前途的替代品。在新兴的高容量正极材料中，硫是首选的候选材料，其能够能够实现多电子氧化还原反应。与锂-硫电池相比，钠-硫电池可以采用低成本材料，几乎不受地域限制，因此具有额外的优势，特别是对于大规模的储能应用。目前，实现高性能钠-硫电池键问题包括不良中间体的形成和固体产物的不可逆沉淀，导致反应动力学缓慢，实际容量和库仑效率低，更重要的是循环稳定性极差。
近日，达特茅斯学院Weiyang Li，斯坦福大学Hai Wang报道了提出了一系列的硫代磷酸钠（mP2S5-nNa2Sx）配合物作为钠电池的正极材料。
文章要点
1）研究人员发现，配位作用是减少钠-硫电池中循环液-固相变的一种可行的方法。
2）通过探索和调整化学计量比P2S5/Na2Sx的Sx链长，研究人员证明了在室温条件和正极电解液，P2S5-Na2S8配合物保持了优异的容量保持率（400次循环80%）和库仑效率（200次循环后，超过95%），而不需要在复杂材料质量的基础上显著牺牲存储容量。此外，改善的电化学反应动力学将电池的可操作性扩展到更低的温度（测试温度低至-60 °C），并可在-40 °C下长期运行。
3）基于综合拉曼光谱、核磁共振（NMR）表征和密度泛函理论（DFT）计算分析结果，研究人员提出了配合物的结构、配位机理和相关的电化学反应机理。结果表明，配位作用提供了一种主体分子结构，可以锚定和储存排出的产物，否则这些产物就会从溶剂中沉淀出来。此外，配位作用还提高了电极的电化学势和Na+离子的电导率。
P2S5-nNa2Sx配合物有望作为一种合适的钠-硫电池正极材料而表现出更具吸引力的性能。
参考文献
Chuanlong Wang, et al, Stable sodium-sulfur electrochemistry enabled by phosphorus-based complexation, PNAS, 2021
DOI：10.1073/pnas.2116184118
https://doi.org/10.1073/pnas.2116184118
