可充電全固態Na-O₂電池具有較高的理論比能量、安全性、電化學穩定性和豐富的鈉資源，是下一代儲能裝置最有希望的候選者之一。然而，目前全固態Na-O₂電池的實際應用仍然受到界面電阻低、能量效率低和循環壽命差的限制。

在此，中科院上海微系統與信息技術研究所/上海科技大學劉志教授、武漢大學陳勝利教授及中科院大連化物所彭章泉研究員等人構建了一種可充電全固態 Na-O₂/H₂O電池，可在某些潮濕氧氣環境下催化和精確控制放電產物。

與以往的非水系Na-O₂電池和混合型Na-空氣電池的結構不同，這種全固態電池僅由三部分構成：純金屬鈉作為負極，定制的銀-聚合物復合材料（SPC）作為正極，穩定的Na-β”-Al₂O₃陶瓷作為電解質，不含任何添加劑或液體電解質。在80 °C、 ≈7% 相對濕度（RH）條件下，該電池可循環使用100次以上，過電位低（第100次循環時約為75 mV）且往返效率高（第100次循環時>97%）。作者基于原位拉曼、DEMS、XRD及EDS表征表明，NaOH是唯一的放電產物，它是通過直接的四電子氧還原反應形成的。

圖1. 全固態Na-O₂/H₂O電池的組成及性能

了解Na-O₂/H₂O電池在適度潮濕的O₂環境下發生的反應機理和路線對于開發高性能和長壽命的Na-O₂電池至關重要，DFT結果證實Ag催化劑可有效降低NaOH分解的反應勢壘，這是電池中低過電位的關鍵步驟。在O₂中添加H₂O有助于調節Ag表面的放電產物，甚至降低全固態Na-O₂/H₂O電池的充電過電位。

此外，這種新型電池還為了解正極和固態電解質在潮濕條件下的穩定性提供了新的見解。作者希望這些在理解電池中發生的反應及該研究發現的科學進展能夠鼓勵對不同環境下的Na-O₂/H₂O電池的進一步研究。盡管實際應用中仍然存在許多重大挑戰，但NaOH基Na-O₂/H₂O電池的電化學性能、柔性和穩定性的潛在優勢賦予了其實際適用性，并證明了在該方向上的持續研究努力的合理性。

圖2. DFT計算Ag上的放電過程的自由能

A Highly Stable All-Solid-State Na-O₂/H₂O Battery with Low Overpotential Based on Sodium Hydroxide, Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202202518