文 献 综 述

1. 引言

当今世界，随着化石燃料的过度使用，地球上资源的更新循环也跟不上人类发展的速度，以及日趋严重的环境问题，这都促使人们不得不重视资源的利用，并寻找可再生资源来逐步减缓化石燃料使用压力，甚至最终达到替代的目的。诸如太阳能、风能、地热能、潮汐势能，这些都是可再生能源。但是这些能源并不稳定，在人类现有技术支持下，直接使用这些能源效率太低，而且成本巨大。因此，就需要储能设备先将光能、风能等能源转化为稳定的可传输能源#8212;#8212;电能，提高能源使用的可靠性和效率。在各种各样的电能存储技术中，电化学储能系统或电池能够不需要涉及卡诺循环而可逆的储存和释放电能，因而具有很高的效率。锂硫电池硫源丰富，价格低廉，环境友好，比容量大（1675mAh#183;g^-1）。 然而，金属锂存在安全隐患.与金属锂相比，金属钠分布更广泛，价格低廉，因此钠电池近年来备受关注。而其中有一种电池，在室温下工作，以硫作正极，钠作负极，中间为凝胶聚合物电解质薄膜，只允许钠离子往复通过，即为室温钠-硫电池,属于Na-Beta电池的一种。钠-硫电池具有比能量高、成本低廉等优点，在大型固定式储能应用方面颇具潜力。

钠硫电池在放电过程中，电子通过外电路由阳极（负极）到阴极（正极），而 Na 则通过固体电解质 β-Al₂O₃与S^2-结合形成多硫化钠产物，在充电时电极反应与放电相反。钠与硫之间的反应剧烈，因此两种反应物之间必须用固体电解质隔开，同时固体电解质又必须是钠离子导体。目前所用电解质材料为Na-β-Al₂O₃，只有温度在300℃以上时，Na-β- Al₂O₃才具有良的导电性[1]。因此，为了保证钠硫电池的正常运行，钠硫电池的运行温度应保持在 300~350℃，这个运行温度使钠硫电池作为车载动力电池安全性降低，使电解质破损，从而造成安全性问题。。基于液态电解质的室温钠-硫电池，则受限于硫电化学活性低，放电中间产物易溶于电解液等缺点，存在正极硫利用率低、循环性差等问题，严重影响电池的实际应用。如Na/PVDF/S电池在0.288mA/cm²电流密度下显示出392mAh/g的高放电容量，在20次循环后为36mAh/g。25℃操作下Na/PVDF/S电池的循环性能比高温下钠/硫电池的更差。室温钠-硫电池相对具有更高安全性，可在较低温下运行，拥有过充电保护功能。负极钠在室温下具有较高活泼性，正极硫和电解质薄膜需进一步加工，以便达到钠-硫电池室温正常工作的要求。

2. 室温钠-硫电池工作原理

Na-Beta电池通过钠离子穿梭于固体电解质β"-Al₂O₃而进行充电和放电，为了减小电阻并得到满意的电化学性能，Na-Beta电池通常在300-350℃下运行。由于超过了钠的熔点（98℃），所以负极钠处于熔融态。在Na-S电池中，通常正极是熔融的S/Na₂S_x和多孔石墨毡，用石墨毡作为集流体是由于它的电子导电性比较好。高温Na-S电池通常被设计成管状，电池结构示意图见图1,半电池和全电池的反应如下：

负极： （1）

正极： （2）

全电池： （X=5-3）

E=2.08-1.78V 350℃ （3）