可充电的钠-氯（Na-Cl2）电池由于其高电化学性能，在电网储能应用中显示出巨大的潜力。然而，以高度腐蚀性的亚硫酰氯（SOCl2）为基础的电解液的使用严重阻碍了它们的实际应用。
2025年2月25日，上海交通大学孙浩在国际知名期刊Nature Communications发表题为《Harnessing organic electrolyte for non-corrosive and wide-temperature Na-Cl2battery》的研究论文，2022级博士徐秋晨、2024级直博生唐姗姗为论文共同第一作者，孙浩为论文通讯作者。
孙浩，上海交通大学副教授、变革性分子前沿科学中心课题组长（PI），国家级青年人才，荣获2016年美国材料研究学会（MRS）优秀博士生金奖（全球11人，中国内地唯一获奖人）。2012年本科毕业于中山大学，2017年博士毕业于复旦大学（导师：彭慧胜教授），2017-2020年于斯坦福大学开展博士后研究（合作导师：美国国家科学院、医学院和中国科学院外籍院士戴宏杰教授）。
孙浩副教授的研究领域为可穿戴电子器件和高安全性高能量密度的电池系统，重点发展出一系列具有优异可穿戴性、集成性和安全性的新型能源器件，致力于解决传统能源器件安全性差、不可弯曲、集成性差等严峻挑战。
迄今在国际知名期刊上发表学术论文70余篇，其中第一（含共一）和通讯作者论文23篇，包括Nature Rev. Mater.、Nature Commun.、Adv. Mater.、Angew. Chem. Int. Ed.、PNAS.、Energy Environ. Sci.，被Nature等学术期刊引用超过7000次。
在本文中，作者展示了一种非腐蚀性酯类（二氯乙酸甲酯）作为SOCl2的有前途的替代品，它可以与氯化铝和双（氟磺酰）亚胺钠形成一种非腐蚀性的电解液，用于高性能可充电Na-Cl2电池。
基于碳质量计算，在放电电压约为2.5 V、电流密度为100 mA g-1时，电池的可逆容量高达1200 mAh g-1，温度范围为-40至80 °C，并且在-40 °C下长期循环稳定性可达700次，这优于传统的可充电Na-Cl2电池和最先进的Na金属电池。
该电池的电化学性能和安全性能已进一步扩展到纤维电池，实现了可充电Na-Cl2电池的可穿戴应用。
基于供体数量和电荷转移作为两个关键描述因子，作者进一步提出了可充电Na-Cl2电池有机电解液的设计原理，这将充分释放有机溶剂的可设计性和可持续性，从而实现Na-Cl2电池的实用化。
图1：可充电Na-Cl2电池中SOCl2和有机溶剂基电解液的比较
图2：可充电Na-Cl2电池的非腐蚀性酯类电解液
图3：使用ANM电解液的电池正极化学
图4：基于酯类电解液的可充电Na-Cl2电池的电化学性能
图5：基于酯类电解液的可充电Na-Cl2电池的应用
图6：可充电Na-Cl2电池的有机电解液设计原理
综上，本研究开发了一种基于非腐蚀性酯类电解液（二氯乙酸甲酯，MDCA）的高性能可充电钠-氯（Na- Cl2）电池。通过将MDCA与氯化铝（AlCl3）和双（氟磺酰）亚胺钠（NaFSI）结合，构建了一种新型有机电解液，显著提高了电池的电化学性能、安全性和宽温度适应性。
研究成功实现了Na-Cl2电池在-40 °C至80 °C的宽温度范围内的稳定运行，并展示了超过700次循环的优异低温循环稳定性。此外，该电解液还被应用于纤维电池，实现了可穿戴设备的潜在应用。
基于供体数量（DN）和电荷转移（ΔN）两个关键描述因子，本研究提出了有机电解液的设计原理，为未来高性能、可持续的Na-Cl2电池开发提供了理论指导。该研究不仅解决了传统Na-Cl2电池中腐蚀性电解液的问题，还为下一代能源存储技术提供了新的思路和方向。
Xu, Q., Tang, S., Li, N.et al.Harnessing organic electrolyte for non-corrosive and wide-temperature Na-Cl2battery.Nat Commun16, 1946 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-57316-5
