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文 章 信 息
第一作者：馮吳亮
通訊作者：馮吳亮*，趙玉峰*
通訊單位：上海大學(xué)
研 究 背 景
無(wú)負(fù)極固態(tài)鈉電池相比傳統(tǒng)鈉離子電池兼具能量密度、安全性能、成本等多方面優(yōu)勢(shì)，但面臨著嚴(yán)重的鈉枝晶生長(zhǎng)與低循環(huán)穩(wěn)定性問(wèn)題。在含液體系下，鈉枝晶的生長(zhǎng)都被認(rèn)為是形貌變化、不均勻電場(chǎng)分布和鈉離子通量之間復(fù)雜相互作用的結(jié)果，包括枝晶的形成和傳播兩個(gè)獨(dú)立的步驟。理論上，抑制枝晶的形成比抑制其傳播更具挑戰(zhàn)性，因?yàn)闊o(wú)枝晶的結(jié)構(gòu)優(yōu)先由原子級(jí)水平平整度和絕對(duì)均勻的鈉離子通量來(lái)實(shí)現(xiàn)。添加特定靜電屏蔽效應(yīng)陽(yáng)離子是抑制不均勻鈉成核的有效方式，但目前的電屏蔽策略通常導(dǎo)致富有機(jī)物的界面相，其離子傳輸緩慢，增加了局部極化。一旦鈉成核與沉積過(guò)電位數(shù)值超過(guò)了Na+/Na與上述靜電屏蔽離子/金屬電對(duì)之間的電位差，電屏蔽效應(yīng)就會(huì)失效，鈉枝晶仍會(huì)突破靜電屏蔽效應(yīng)的抑制而繼續(xù)生長(zhǎng)。
文 章 簡(jiǎn) 介
基于此，來(lái)自上海大學(xué)的趙玉峰、馮吳亮團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名期刊Chemical Engineering Journal上發(fā)表題為“Highly Stable Anode-free Solid-state Sodium Batteries Enabled by Electrostatic Shielding and Nitrogenated Interphase” 的研究文章。該文章報(bào)道了一種以疊氮化鋰為添加劑的高穩(wěn)定性無(wú)負(fù)極半固態(tài)鈉電池，其主要通過(guò)鋰離子的靜電屏蔽和原位形成的高離子導(dǎo)通富氮界面相，，協(xié)同抑制鈉枝晶的生長(zhǎng)。研究發(fā)現(xiàn)，來(lái)自疊氮化鋰的鋰離子聚集在鈉晶須的頂端以屏蔽鈉離子的聚集，從而使鈉成核均勻化。同時(shí)，剩余疊氮基團(tuán)參與高離子導(dǎo)通和堅(jiān)固的富氮間相的生成，在增強(qiáng)界面相機(jī)械強(qiáng)度的同時(shí)，通過(guò)對(duì)成核/沉積過(guò)電位的共同抑制，在高電流密度下維持靜電屏蔽效應(yīng)的有效性。經(jīng)優(yōu)化后的無(wú)負(fù)極半固態(tài)鈉電池在400次循環(huán)后的能量密度達(dá)到256.8 Wh/kg，容量保持率達(dá)到81.6%，為高能量密度鈉電池的發(fā)展提供了新的思路。