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?AFM：鈉離子導(dǎo)電合金型人工SEI助力無枝晶長(zhǎng)壽命鈉金屬負(fù)極

鈉金屬（Na）負(fù)極因其高容量和低電化學(xué)電位而被認(rèn)為是高能量密度鈉電池最有希望的負(fù)極。然而，鈉金屬負(fù)極在循環(huán)過程中會(huì)發(fā)生不受控制的鈉枝晶生長(zhǎng)和不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面層（SEI）形成，這導(dǎo)致庫(kù)侖效率低下，壽命縮短。

圖1 材料表征

全南大學(xué)Yun-Sung Lee、印度理工學(xué)院Ranjith Thangavel等通過簡(jiǎn)易的原位溶劑策略，開發(fā)了一系列鈉離子導(dǎo)電合金型（Na-In、Na-Bi、Na-Zn、Na-Sn）混合人工SEI層，以解決鈉金屬負(fù)極中的問題。鈉金屬和合金成分之間的可控自合金反應(yīng)，在靠近鈉金屬負(fù)極的地方產(chǎn)生了鈉金屬合金界面相（Na-M），這可以減少鈉金屬和電解液之間的電阻。

帶有合金層和混合鈉離子導(dǎo)電有機(jī)無機(jī)SEI成分的鈉金屬負(fù)極可以通過調(diào)節(jié)鈉離子通量，以低過電位促進(jìn)Na在金屬負(fù)極的均勻沉積。研究還表明，相對(duì)于原始的Na金屬，Na合金較低的表面能是促進(jìn)鈉離子在界面上方便擴(kuò)散的關(guān)鍵因素。此外，在具有混合SEI成分的合金層中，鈉的沉積傾向于合金表面的特定平面。

圖2 半電池性能

因此，具有保護(hù)界面的鈉金屬負(fù)極可以在對(duì)稱電池中循環(huán)790小時(shí)，過電位較低（11 mV），由于原始的鈉金屬（100小時(shí)后73 mV）。此外，合金界面的機(jī)械強(qiáng)度也影響著鈉金屬負(fù)極的循環(huán)壽命，鈉金屬的穩(wěn)定性按以下順序增加（Na<NaBi<NaZn<NaSn<NaIn）?；旌献哉{(diào)節(jié)合金-無機(jī)NaCl SEI-有機(jī)SEI保護(hù)層的高機(jī)械彈性還促進(jìn)了無枝晶行為，即使在高電流密度（5 mA cm^-2）和高容量（5 mAh cm^-2）下也是如此。

另外，通過與Na₃V₂(PO₄)₃正極耦合，在全電池條件下測(cè)試了受保護(hù)的金屬負(fù)極的可行性，與原始Na負(fù)極相比，受保護(hù)的負(fù)極具有明顯的低極化、高庫(kù)侖效率和長(zhǎng)循環(huán)壽命的表現(xiàn)，表明其具有商業(yè)可行性的潛力。

圖3 全電池性能

A Series of Hybrid Multifunctional Interfaces as Artificial SEI layer for Realizing Dendrite Free, and Long-life Sodium Metal Anodes. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202300135

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