發(fā)展高容量、資源豐富和使用條件廣的儲能技術(shù)是解決當(dāng)前能源和環(huán)境危機的基礎(chǔ)保障。近年來，高容量鈉(Na)金屬負(fù)極由于高反應(yīng)性而受到枝晶生長與低庫倫效率的困擾，這可以通過生成穩(wěn)定的富含NaF的固態(tài)電解質(zhì)界面相(SEI)來克服。
在傳統(tǒng)的碳酸酯電解液中形成的SEI不均勻且容易破碎。它在循環(huán)過程中不斷的斷裂和再生，導(dǎo)致失控的鈉枝晶生長。枝晶生長引起的鈉金屬與電解液的不斷消耗導(dǎo)致了低庫侖效率與高安全風(fēng)險。因此，高穩(wěn)定的，高界面能的SEI是抑制鈉枝晶生長、提高庫倫效率的重要保障。
最近，湖南大學(xué)的馬建民教授課題組設(shè)計了一種具有陰離子富集溶劑化結(jié)構(gòu)的鈉電電解液。該課題組引入了4-乙酰吡啶(4-APD)作為電解液添加劑。通過分子動力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)，4-APD添加劑能參與到鈉離子的溶劑化殼層，同時誘導(dǎo)更多的PF6-陰離子進入鈉離子溶劑化層的內(nèi)層。因此，有效的促進了PF6-陰離子在鈉金屬負(fù)極表面的分解，從而生成高含量NaF的SEI。
實驗結(jié)果表明，采用含有質(zhì)量比為百分之一4-APD的電解液在鈉金屬負(fù)極表面生成的SEI中NaF的含量比空白電解液中高三倍。這種富含NaF的SEI能有效抑制金屬鈉枝晶的生長，提高金屬鈉負(fù)極的可逆性。因此，對稱Na||Na電池在1.0 mA cm-2的電流密度下表現(xiàn)出超過360個循環(huán)的優(yōu)異性能。 同時，該電解液在Na||Na3V2(PO4)2O2F全電池中也實現(xiàn)了高穩(wěn)定性、高庫倫效率(97%)、高倍率性能，經(jīng)過200次循環(huán)后仍有91%的容量保持率。而空白電解液中庫倫效率僅為90%，容量保持率為72%。這項工作為設(shè)計穩(wěn)定高效的鈉金屬負(fù)極電池提供了有效的思路與策略。 論文信息 Formation of NaF-rich Solid Electrolyte Interphase on Na Anode through Additive Induced Anion-enriched Structure of Na+ Solvation Huaping Wang, Chunlei Zhu, Jiandong Liu, Shihan Qi, Mingguang Wu, Junda Huang, Daxiong Wu, Jianmin Ma Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202208506
