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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
研 究 背 景
無負極固態(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，但面臨著嚴重的鈉枝晶生長與低循環(huán)穩(wěn)定性問題。在含液體系下，鈉枝晶的生長都被認為是形貌變化、不均勻電場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獨立的步驟。理論上，抑制枝晶的形成比抑制其傳播更具挑戰(zhàn)性，因為無枝晶的結(jié)構(gòu)優(yōu)先由原子級水平平整度和絕對均勻的鈉離子通量來實現(xiàn)。添加特定靜電屏蔽效應(yīng)陽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電位數(shù)值超過了Na+/Na與上述靜電屏蔽離子/金屬電對之間的電位差，電屏蔽效應(yīng)就會失效，鈉枝晶仍會突破靜電屏蔽效應(yīng)的抑制而繼續(xù)生長。
文 章 簡 介
基于此，來自上海大學的趙玉峰、馮吳亮團隊在國際知名期刊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。該文章報道了一種以疊氮化鋰為添加劑的高穩(wěn)定性無負極半固態(tài)鈉電池，其主要通過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。研究發(fā)現(xiàn)，來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，剩余疊氮基團參與高離子導(dǎo)通和堅固的富氮間相的生成，在增強界面相機械強度的同時，通過對成核/沉積過電位的共同抑制，在高電流密度下維持靜電屏蔽效應(yīng)的有效性。經(jīng)優(yōu)化后的無負極半固態(tài)鈉電池在400次循環(huán)后的能量密度達到256.8 Wh/kg，容量保持率達到81.6%，為高能量密度鈉電池的發(fā)展提供了新的思路。