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鈉金屬電池（SMBs）具有成本低，理論容量高（~1160 mAh g^?1），氧化還原電位低（?2.71V vs H⁺/H₂）和能量密度高等優(yōu)點。然而，高活性的鈉金屬負極會與有機液態(tài)電解液持續(xù)發(fā)生不可逆的界面副反應(yīng)且誘發(fā)不可控的枝晶生長，最終引發(fā)電池內(nèi)短路，導(dǎo)致熱失控、起火甚至爆炸等一系列安全問題。

在此，天津工業(yè)大學(xué)馬建民團隊使用乙氧基（五氟）環(huán)三膦氮（PFPN）作為電解液添加劑設(shè)計了一種自凈化高壓電解質(zhì)。研究表明，PFPN可以通過更強的范德華力參與PF₆^–溶劑化的殼層結(jié)構(gòu)進而形成富含Na₃N、NaF固體/正極電解質(zhì)界面（SEI/CEI）。

此外，PFPN 還能有效清除燃燒自由基（H^– 和 HO^–），并通過范德華力抑制 HF 的生成。基于此，采用該種阻燃電解質(zhì)的 Na||NVPOF 電池不僅循環(huán)壽命長，2000 次循環(huán)后容量保持率高達 92.4%，而且快充/慢放和高倍率性能也極為突出。

圖1. 阻燃實驗

總之，該工作通過電解質(zhì)添加劑工程成功地制備了一種阻燃、自凈、高壓電解質(zhì)，其可實現(xiàn)SMB的高安全性及長循環(huán)性能。具體而言，PFPN可參與PF₆^–的溶解層，并具有較低的LUMO能級，從而形成含有 Na₃N/NaF 的 SEI/CEI。此外，當 PFPN 作為添加劑時，范德華力對清除燃燒自由基（H^–、HO^–）和 PF₅ 極其重要。因此，該電解質(zhì)實現(xiàn)了阻燃和自清洗作用并建立了穩(wěn)定的 SEI/CEI（電子絕緣和快速離子傳輸）。

圖2. 電池性能

Flame-Retardant, Self-Purging, High-Voltage Electrolyte for Safe and Long-Cycling Sodium Metal Batteries, Advanced Functional Materials 2024 DOI: 10.1002/adfm.202406764

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?天工大AFM：高壓電解質(zhì)助力長循環(huán)鈉金屬電池

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