低成本无氟电解质的突破：推动高性能钠电池迈向可持续发展

为解决钠电池(SBs)中传统含氟电解质的经济与环境问题，研究人员开发了一种基于硼酸盐的无氟电解质NaBOPh。该电解质通过低成本合成工艺（成本降低98% vs. NaPF6）实现了钠金属在铝箔上的可逆剥离/沉积（700次循环容量保持率>50%），并在全电池中展现卓越循环稳定性（400次循环容量保持率>98%）。这项研究为构建低成本、环保的高性能钠电池系统（包括Na金属电池SMBs和阳极自由配置AFSMBs）提供了关键技术路径。

　　

随着全球对可再生能源存储需求的激增，钠电池(SBs)因其原料丰富（地壳含量2.4% vs. 锂的0.002%）和成本优势成为锂离子电池(LIBs)的重要替代品。然而，现有SBs电解质普遍依赖含氟组分（如NaPF₆），不仅价格昂贵（约3600美元/摩尔），还会在回收过程中产生剧毒副产物氢氟酸(HF)。更关键的是，含氟电解质在钠金属阳极(SMBs)和阳极自由配置(AFSMBs)中易引发不可逆副反应，严重制约电池性能。

针对这一挑战，美国科罗拉多大学博尔德分校（University of Colorado Boulder）的Chunmei Ban团队在《Joule》发表研究，开发出新型无氟硼酸盐电解质NaBOPh。该电解质通过苯酚与硼氢化钠的一步缩合反应合成，原料成本仅43美元/摩尔，较NaPF₆降低98%。研究人员结合电化学测试、表面光谱分析(ESI-MS/XPS)和理论计算，系统解析了溶剂化结构对电极-电解液界面(SEI)形成的影响机制。

关键实验方法
研究采用三步法验证电解质性能：(1)通过恒电流循环测试评估NaBOPh在铝箔上的钠沉积/剥离效率；(2)利用硬碳(HC)负极与NaNi_xFe_yMn_zO₂(MNF)或Na₃Fe₂PO₄P₂O₇(NaFPP)正极构建全电池；(3)通过密度泛函理论(DFT)计算揭示硼酸盐阴离子的氧化稳定性机制。

研究结果

1. Cost-effective synthesis：NaBOPh电解质在1M浓度下实现>99.5%的库伦效率，其独特的[BO₄C₂₄H₂₀]^?阴离子结构有效抑制铝集流体腐蚀。
2. Material preparation：对比传统NaBOB（氧化稳定性差）和NaBPh（还原稳定性不足），NaBOPh在0-4.5V电压窗口内保持稳定，且与钠金属兼容性优异。
3. Full-cell performance：HC||MNF全电池在1C倍率下循环400次后容量保持率>98%，远超含氟电解质体系（通常<80%）。

结论与意义
该研究首次证实无氟硼酸盐电解质可同时满足高能量密度SMBs和低成本AFSMBs的需求。通过调控阴离子配体设计，NaBOPh实现了：(1)在铝集流体上形成富含硼氧化物的稳定SEI层；(2)抑制电解液在高电压下的分解；(3)避免氟化物对电极材料的侵蚀。这项技术不仅使SBs生产成本降低至LIBs的1/5，更推动了电池回收工艺的绿色化发展。研究团队已就相关技术申请国际专利，目前正与产业界合作推进商业化应用。