隨著電子設(shè)備、電動汽車和智能電網(wǎng)存儲技術(shù)的發(fā)展，對高能量密度和低成本的可充電電池需求持續(xù)增長。金屬鈉負(fù)極因其豐富的自然儲量和較高的理論容量而脫穎而出，且其較低的電極電位可以和多種不同正極匹配形成高能量密度的全電池。
然而，由于高活性的金屬鈉與有機電解質(zhì)反應(yīng)形成的固體電解質(zhì)界面（SEI）存在不均勻和機械強度差等問題，無法承受沉積/剝離過程中產(chǎn)生的應(yīng)力和體積波動，使SEI破損并不斷消耗金屬鈉和電解液，由此產(chǎn)生的電池性能退化和枝晶生長帶來的安全隱患仍然亟待解決。
近日，南開大學(xué)的焦麗芳教授設(shè)計了一種無機/有機混合多功能固體電解質(zhì)界面以有效增強金屬鈉負(fù)極的穩(wěn)定性。無機和有機組分的協(xié)同作用可以互相取長補短，實現(xiàn)在大電流密度下具有長循環(huán)壽命的無枝晶鈉金屬電池。
多功能SEI中均勻分布的無機納米晶具有較高的楊氏模量，可顯著提高SEI的機械強度，防止枝晶刺穿。無機組分作為鈉離子擴散的快速通道，能夠均勻電場分布并提升離子擴散動力學(xué)效率。此外，無機組分還可以將鈉離子的沉積行為調(diào)節(jié)為沿平面擴散，從根本上抑制枝晶的生長。而有機組分是具有平面苯環(huán)結(jié)構(gòu)和π-π相互作用的有機芳香族化合物，有助于形成平坦且致密的SEI形貌，作為保護(hù)屏障抑制有害副反應(yīng)和電解液消耗。同時，有機組分的良好柔性能夠緩解體積膨脹帶來的應(yīng)力，并降低SEI在循環(huán)過程中破裂的風(fēng)險。 無機/有機混合多功能SEI的形成，提升電化學(xué)性能，其對稱電池在高電流密度（4mA cm-2）和高面容量（4mAh cm-2）的條件下實現(xiàn)了超過2000小時的穩(wěn)定循環(huán)，且電壓滯后極低（約為15.8mV）。此外，Na-O2電池也表現(xiàn)出了出色的循環(huán)穩(wěn)定性和容量保持率。該工作為構(gòu)建高耐久性SEI和無枝晶鈉金屬電池提供了一種新策略。 論文信息 Inorganic–Organic Hybrid Multifunctional Solid Electrolyte Interphase Layers for Dendrite-Free Sodium Metal Anodes Pei Liu, Licheng Miao, Zhiqin Sun, Xuchun Chen, Prof. Yuchang Si, Dr. Qinglun Wang, Prof. Lifang Jiao Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202312413
