室溫鈉硫（RT Na-S）電池具有豐富的自然儲(chǔ)量、廉價(jià)的材料和卓越的理論能量密度等優(yōu)勢，被認(rèn)為是一種具有競爭力的電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)。然而，RT Na-S電池面臨一系列關(guān)鍵挑戰(zhàn)，尤其是在S正極方面，包括S及其放電產(chǎn)物的絕緣特性、脫鈉過程中S物種的體積波動(dòng)、可溶多硫化鈉的穿梭效應(yīng)及轉(zhuǎn)換動(dòng)力學(xué)緩慢等。

為此，電子科技大學(xué)王志明教授、Xiang Long Huang及澳大利亞伍倫貢大學(xué)竇士學(xué)教授等人全面綜述了用于RT Na-S電池的S基正極材料納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略的最新進(jìn)展。最近的研究表明，S基材料的納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以通過其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)特征極大地緩解上述問題。

首先，作者討論了具有醚基和碳酸酯基電解液的RT Na-S電池的電化學(xué)機(jī)制并分析了其主要挑戰(zhàn)。接下來，詳細(xì)介紹了純S正極的先進(jìn)納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略，包括形態(tài)調(diào)控、尺寸雜化、孔隙率調(diào)節(jié)、雜原子摻雜和異質(zhì)結(jié)構(gòu)工程等，作者重點(diǎn)關(guān)注了納米角度下的組成-結(jié)構(gòu)-性能相互作用。進(jìn)一步，作者將這些方法擴(kuò)展到其他S基正極（Na₂S_x和Na₂S）并詳細(xì)介紹了相關(guān)進(jìn)展。

圖1. RT Na-S電池的典型配置

作者對S基正極的納米結(jié)構(gòu)工程進(jìn)行了展望：

1）形態(tài)調(diào)控方面，應(yīng)更多地關(guān)注納米結(jié)構(gòu)形狀的形成和演化機(jī)制；

2）尺寸雜化方面，利用更簡單可行的方法來制造可擴(kuò)展的尺寸雜化納米材料具有重要意義；

3）孔隙率調(diào)節(jié)方面，如何實(shí)現(xiàn)納米孔徑的定向調(diào)控和控制微/中孔的比例以實(shí)現(xiàn)納米孔限制功能的最大化值得進(jìn)一步研究；

4）雜原子摻雜方面，應(yīng)致力于探索最佳摻雜劑濃度以實(shí)現(xiàn)電子電導(dǎo)率和化學(xué)親和力之間的平衡，還需揭示摻雜基底和電催化劑/吸附劑之間的相互作用；

5）異質(zhì)結(jié)構(gòu)工程方面，過量異質(zhì)結(jié)構(gòu)可能會(huì)降低整個(gè)電池系統(tǒng)的能量密度，同時(shí)對異質(zhì)結(jié)構(gòu)和S轉(zhuǎn)化化學(xué)之間的界面演化機(jī)制需要進(jìn)一步研究，決定RT Na-S電池電化學(xué)性能的主要因素尚不清楚。

圖2. RT Na-S電池的實(shí)用電極工程

最后，作者提供了RT Na-S電池的未來發(fā)展方向：1）電化學(xué)機(jī)制方面，迫切需要更深入地了解S正極的（脫）鈉化機(jī)理；2）電極材料的規(guī)?；a(chǎn)方面，采取合適的措施實(shí)現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)電極材料的大規(guī)模合成是非常有價(jià)值的；3）實(shí)用全電池標(biāo)準(zhǔn)方面，實(shí)用的電極工程、運(yùn)行條件及對全電池能量密度的關(guān)注對于實(shí)現(xiàn)RT Na-S電池的實(shí)際應(yīng)用都非常重要。