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随着电子设备、电动汽车和智能电网存储技术的发展,对高能量密度和低成本的可充电电池需求持续增长。金属钠负极因其丰富的自然储量和较高的理论容量而脱颖而出,且其较低的电极电位可以和多种不同正极匹配形成高能量密度的全电池。 然而,由于高活性的金属钠与有机电解质反应形成的固体电解质界面(SEI)存在不均匀和机械强度差等问题,无法承受沉积/剥离过程中产生的应力和体积波动,使SEI破损并不断消耗金属钠和电解液,由此产生的电池性能退化和枝晶生长带来的安全隐患仍然亟待解决。 近日,南开大学的焦丽芳教授设计了一种无机/有机混合多功能固体电解质界面以有效增强金属钠负极的稳定性。无机和有机组分的协同作用可以互相取长补短,实现在大电流密度下具有长循环寿命的无枝晶钠金属电池。
多功能SEI中均匀分布的无机纳米晶具有较高的杨氏模量,可显著提高SEI的机械强度,防止枝晶刺穿。无机组分作为钠离子扩散的快速通道,能够均匀电场分布并提升离子扩散动力学效率。此外,无机组分还可以将钠离子的沉积行为调节为沿平面扩散,从根本上抑制枝晶的生长。而有机组分是具有平面苯环结构和π-π相互作用的有机芳香族化合物,有助于形成平坦且致密的SEI形貌,作为保护屏障抑制有害副反应和电解液消耗。同时,有机组分的良好柔性能够缓解体积膨胀带来的应力,并降低SEI在循环过程中破裂的风险。 无机/有机混合多功能SEI的形成,提升电化学性能,其对称电池在高电流密度(4mA cm-2)和高面容量(4mAh cm-2)的条件下实现了超过2000小时的稳定循环,且电压滞后极低(约为15.8mV)。此外,Na-O2电池也表现出了出色的循环稳定性和容量保持率。该工作为构建高耐久性SEI和无枝晶钠金属电池提供了一种新策略。 论文信息 Inorganic–Organic Hybrid Multifunctional Solid Electrolyte Interphase Layers for Dendrite-Free Sodium Metal Anodes Pei Liu, Licheng Miao, Zhiqin Sun, Xuchun Chen, Prof. Yuchang Si, Dr. Qinglun Wang, Prof. Lifang Jiao Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202312413
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