海水电池（SWBs）主要用于大规模储能和(次)海洋应用。在SWBs中，水性正极液(海水)和非水性负极液(非质子溶剂溶液)由NASICON固体电解质膜物理分隔。鉴于海水提供的Na⁺离子几乎是无限的，能量存储仅受负极中存储的Na的数量的限制。因此，通过储存金属钠可以获得最高的体积能量密度和重量能量密度，进而不需要主体材料。

近日，德国乌尔姆亥姆霍兹研究所Stefano Passerini，Alberto Varzi，Guk-Tae Kim提出了一种由聚氧化乙烯、钠离子盐和离子液体(IL)组成的新型高导电性(在20 ℃时超过1 mS cm^-1）钠离子导电固态聚合物电解质（Na-SPE）。该电解液与钠快离子导体(NASICON)固体电解液相结合，实现了Na-SWB。目前，尚未报道这种具有高离子导电性的无溶剂Na-SPE。此外，由于钠盐的离子对解离能比锂盐低，尽管它们具有相似的结构，但Na-SPE的离子电导率高于锂离子导电固态聚合物电解质。

文章要点

1）传统的Na-SWB通常通过从海水正极无限供应到负极主体的Na离子的可逆存储来进行。这意味着可以通过应用高容量的负极，如钠金属或合金化/转化材料来实现高能量密度。然而，研究人员提出了一种无金属的、固态的Na-SWB，通过引入Na-SPE作为负极剂，而没有任何金属钠最初存在于负极室中。

2）Na-SPE还充当NASICON固体电解质和负极集流体之间的软界面层，在剥离钠时自动补偿气孔形成。此外，由于电池在制造过程中不涉及金属钠，因此可以在低湿度环境中安全组装，从安全措施和高活性金属钠的成本方面大大降低了生产成本。

3）在充电过程中，Na离子直接从海水中提取，并以镀钠的形式储存在负极集流体（Power To Metal）上。海水电池充电时正、负极发生的电化学过程分别为：2OH^-(aq) → H₂O+1/2O₂(g)+2e^-（+NaClO副产物）和Na⁺+e⁻ → Na。相反，必要时，通过从负极集流体剥离Na金属，在放电过程中产生能量（Metal to Power）。因此，在正极和负极发生的整个电化学过程分别为:2Na⁺+ H₂O+1/2 O₂(g)+2e^-→2NaOH(aq)和Na→ Na⁺ + e^-。

基于Na-SPE的NaSWB在中等测试条件下表现出较高的往返效率。因此，这项研究结果表明，NaSWBs是用于下一代大规模固定ESSs和高效Na金属收集系统的一种合适候选电池。

参考文献

Yongil Kim, et al, Anode-less seawater batteries with Na-ion conducting solid-polymer electrolyte for power to metal and metal to power energy storage, Energy Environ. Sci., 2022

DOI: 10.1039/D2EE00609J

https://doi.org/10.1039/D2EE00609J