智能手机，笔记本电脑，电动汽车 - 无论设备如何，高效电池都可以满足任何用户的愿望。最近对下一代电池的研究主要集中在钠 - 氧电池上。从理论上讲，这些应该提供以前无法实现的效率，但它们的实际实施已被证明是一个绊脚石。研究人员现在在Angewandte Chemie杂志上报道，高浓度电解质溶液可以使钠 - 氧电池更稳定，因此更加实用。
研究人员对碱金属/氧气电池寄予厚望，因为它们的理论能量密度特别高。在这种电池中，一个电极由纯碱金属制成。放电时，该电极向电路放电子，向电解质放出正离子。对电极由多孔碳制成并与空气接触。在该电极处，通过在金属离子存在下吸收电子来减少氧。这可能导致各种金属氧化物化合物。当电池充电时，该过程相反：氧气(O(2))在正极释放到空气中，而碱金属沉积在负极上。
一些基本问题阻碍了这种系统的实际实施：可充电性不足; 许多限制稳定性的副反应; 并且，在使用锂的试验中，通过过氧化锂堵塞多孔电极。钠更容易获得，可能是更好的选择。钠 - 氧电池令人惊讶地不产生过氧化钠，而是主要制备超氧化钠(NaO(2))，其在充电期间几乎可以可逆地转换回元素。
该系统还需要无水的非质子溶剂(不能释放任何H(+)离子)用于电解质。二甲基亚砜(DMSO)是电化学应用的良好选择，但不幸的是它与钠反应形成可能存在问题的产物。
何明福，Kah Chun Lau，吴一英和他们在俄亥俄州立大学，加州州立大学和阿贡国家实验室()的团队现在已经找到了解决这个问题的方法。在它们的体系中，非常高浓度的有机盐三氟甲磺酰亚胺钠(NaTFSI)在钠存在下稳定DMSO。
通过使用NaTFSI / DMSO电解质溶液的拉曼光谱结合计算模拟，科学家们能够解释为什么会这样。高度浓缩的溶液产生松散交联的Na(DMSO)(3)TFSI单元的结构，其结合大部分DMSO分子，仅留下少量可用于反应。然后钠优先攻击TFSI阴离子，这是有利的，因为该产物在钠电极上形成钝化保护层。
研究人员用这个系统制造了一个小电池。它表现出良好的电化学性能并经历了150次充电/放电循环而没有任何明显的效率损失。相反，含有稀释电解质溶液的细胞只能持续6个循环。