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?三單位聯(lián)合Nano Energy：鈉離子電池醚基SEI中有機(jī)物的分子水平鑒定

固體電解質(zhì)界面（SEI）缺乏精確的化學(xué)信息是電池技術(shù)突破的巨大障礙。

圖1.?電化學(xué)性能研究

北京理工大學(xué)曹敏花、謝靜、首都師范大學(xué)魏瑋、商丘師范學(xué)院王鑫等展示了在醚類電解液中形成的SEI中有機(jī)成分的分子級(jí)鑒定，并揭示了其超級(jí)離子導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特征是其性能更佳的主要原因。

這項(xiàng)工作首次在二甘醇二甲醚電解液中人工合成了結(jié)晶形式的有機(jī)SEI物種，并確定其晶體結(jié)構(gòu)是由四個(gè)Na⁺、三個(gè)三氟甲磺酸根離子和一個(gè)二甘醇一甲醚分子（表示為Na₃T₃D）的共溶劑化形成的二維（2D）層狀網(wǎng)絡(luò)，而不是通過(guò)二甘醇二甲醚的電化學(xué)還原形成的。光譜特性進(jìn)一步驗(yàn)證了Na₃T₃D是二甘醇二甲醚基SEI中唯一的有機(jī)成分。同時(shí)，物理分析表明Na₃T₃D可以溶解在大多數(shù)溶劑中，因此二甘醇二甲醚基SEI的實(shí)際厚度并不像大家在以往文獻(xiàn)中觀察到的那樣薄。

圖2.?SEI分析

低電流束透射電子顯微鏡（TEM）證實(shí)了這一猜想，并進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)二甘醇二甲醚基SEI中的有機(jī)成分是結(jié)晶的，不是大家在文獻(xiàn)中觀察到的被電流束破壞的無(wú)定形狀態(tài)。

最后，實(shí)驗(yàn)研究和理論模擬共同證明，Na₃T₃D是一種良好的離子導(dǎo)體，能為Na⁺在SEI層中的傳輸提供合理的擴(kuò)散途徑和較低的擴(kuò)散阻力。這項(xiàng)工作不僅顛覆了人們對(duì)二甘醇二甲醚基SEI及其基本特性的一些現(xiàn)有誤解，還揭示了二甘醇二甲醚基電解液與性能改善之間的本質(zhì)關(guān)系。

圖3.?阻抗和離子導(dǎo)電性研究

Molecular-level identification of organic species of ether-based solid-electrolyte interphase in sodium-ion batteries. Nano Energy 2023. DOI: 10.1016/j.nanoen.2023.109163

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