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同濟(jì)羅巍AFM: 通過(guò)功能分子在鈉金屬電池電解液中植入滅火烷基

由于鈉的成本效益和廣泛的地理可用性，室溫鈉金屬電池（SMB）引起了極大的興趣，而嚴(yán)重的安全問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)阻礙了其實(shí)際應(yīng)用。

在此，同濟(jì)大學(xué)羅巍教授等人提出了一種滅火烷基，即1,1,1,2,2,3,4,5,5,5-十氟-3-甲氧基-4-(三氟甲基)-戊烷（DMTP），對(duì)金屬鈉極端穩(wěn)定且與傳統(tǒng)的碳酸鹽基電解液不混溶。作者將其注入電解液（FEIE）中使 DMTP與電解液兼容，在保持固有不易燃性的同時(shí)顯示出進(jìn)一步提高的穩(wěn)定性。

在此設(shè)計(jì)中，非極性1,1,2,2-四氟-2,2,3,3-四氟丙基醚（TTE）被用作共溶劑通過(guò)其兩親性使DMTP和氟化碳酸酯電解液（NaPF₆/FEC-DMC）具有混溶性。DFT和分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬證實(shí)，TTE對(duì)DMTP和氟化碳酸鹽電解液都有很強(qiáng)的親和力。

圖1. TTE分子實(shí)現(xiàn)碳酸電解液與DMTP之間的混溶

添加高度氟化的TTE進(jìn)一步導(dǎo)致游離碳酸酯溶劑減少，這有效地減輕了鈉金屬負(fù)極上碳酸酯的連續(xù)分解。此外，由氟化溶劑和陰離子的預(yù)還原原位誘導(dǎo)的富含無(wú)機(jī)物的SEI促進(jìn)了鈉負(fù)極的均勻沉積形態(tài)和高電鍍/剝離可逆性。

因此，基于這種電解液的Na/Cu電池獲得了高的庫(kù)倫效率（96.6%），并在Na/Na對(duì)稱電池中穩(wěn)定運(yùn)行超過(guò)1000小時(shí)。此外，Na/NVP全電池在1000次循環(huán)中具有高的平均庫(kù)倫效率（99.8%）和容量保持率（89.6%）。該策略為實(shí)現(xiàn)高度安全穩(wěn)定的SMB提供了一種很有前途的策略，拓寬了利用不相溶溶劑的范圍和開(kāi)辟了新途徑。

圖2. 基于該電解液Na/NVP全電池的電化學(xué)性能

Implanting a Fire-Extinguishing Alkyl in Sodium Metal Battery Electrolytes via a Functional Molecule, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202109378

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