中國上海交通大學的研究人員設計出了一種全新的鈉硫電池，其功率密度和放電容量均高於以往，為鋰離子電池提供了一種更便宜且安全的替代方案。隨著我們逐步轉向電能，對能源儲存裝置的需求持續上升。鋰離子電池是目前最具能量密度的解決方案，廣泛應用於各種設備中。然而，熱失控和火災風險使其在大規模應用中的使用受到限制。此外，需求的上升也推高了鋰的價格，令能源儲存的成本日益增加。因此，研究人員正在尋找替代方案以取代鋰離子電池。
鈉的儲量豐富，可以作為低成本的替代材料，並且在全球範圍內的多個研究項目中，鈉被用於各種組合。上海交通大學的研究團隊將鈉與硫結合，製造出高能量密度的電池。這並不是第一次嘗試將鈉和硫結合，過去使用Na–S或S/Na2S化學的電池需要大量的鈉，但提供的電壓卻很低。與硫的氧化還原反應會產生4個價電子，產生3.6V的電壓，但在室溫下重現這一反應是一個重大挑戰。
根據研究人員的說法，陰極的S/Na2S轉換反應所產生的放電電壓低於1.6V，遠低於鋰離子電池的性能。為了克服這一問題，陽極需要使用大量鈉，其用量可以是鋰電池的10倍或更多，這樣一來，使用便宜材料的目的便失去了意義，且影響了能量和功率密度。
研究人員通過轉向S0/S4+氧化還原化學，解開了鈉硫電池的難題，並創造了高電壓的無陽極電池。這一設計包括一個鋁箔陽極集電極、一個S8陰極、非易燃氯鋁電解液中的鈉二氰胺（NaDCA），並以玻璃纖維分隔。研究人員表示，電解液中的二氰胺陰離子有助於在陰極釋放S/SCl4化學，同時改善鈉在陽極的鍍/剝離的可逆性。
這一設計的性能顯著提高，最大能量密度達到1,198 Wh/kg，放電容量為715 mAh/g，功率密度為23,773 W/kg。當研究人員在陰極中添加Bi-COF催化劑後，放電容量進一步增至1,206 mAh/g，而能量密度則上升至2,021 Wh/kg。預計每千瓦時成本為$5.03 / 約 HK$ 39.23，這一鈉硫電池的成本遠低於鋰電池。此外，由於電解液是非易燃的，安全性也得到了增強。
不過，研究人員仍需解決幾個問題，才能使這一電池設計實現商業化。儘管電解液不易燃，但其腐蝕性強且難以處理。此外，該電解液在空氣中的穩定性僅限於短期，長期穩定性尚不清楚。不過，研究團隊對於能夠解決這些問題充滿信心，並期望能提升從可穿戴設備到電網規模能源儲存的設備安全性。這項研究成果已發表在《自然》期刊上。
