钠离子电池(SIB)在电网规模储能系统(ESS)中的应用关键取决于快速充电技术。然而,硬碳 (HC) 等负极的工作平台较低(相对于 Na/Na+ 小于 0.1 V),并且在高电流密度下易出现钠枝晶问题。
在此,复旦大学夏永姚、Cao Yongjie等人用 NaTi2(PO4)3 (NTP) 代替 HC 负极,并成功制造了一个以 NFS 作为正极、以 1 mol L−1 NaClO4 溶解在碳酸丙烯酯/碳酸乙烯酯 (PC/EC) 和 5% 碳酸氟乙烯酯 (FEC) 电解质中的全电池。
得益于NTP负极平坦且相对较高的工作平台,该全电池可以有效避免高倍率充电和低温操作时负极侧钠沉积。组装好的NTP||NFS全电池可在10 C下工作10 000次循环,容量保持率高达70.7%,并且在高负载电极(NFS 8 mg /cm2和NTP 9.6 mg /cm2)下仍能保持循环稳定性。
此外,两种电极材料的快速钠离子扩散动力学和结构稳定性使全电池能够在-50至90°C的宽温度范围内安全运行。
图1. NTP||NFS SIFC的电池性能
总之,该工作地以NFS为正极,NTP为负极,1 mol L−1NaClO4在EC/PC中以5% FEC为电解质制备了具有成本效益的SIFC。
得益于NTP负极相对较高和平坦的工作平台,该电池具有出色的快速充电性能,在10 C下保持62.1%的容量且无明显钠枝晶。原位XRD分析表明,在充放电过程中,两种电极材料的体积变化有限;高钠离子扩散率和两个电极的适当电压平台使NTP||NFS全电池能够在- 50°C的极低温度下安全工作。
此外,两种聚阴离子材料完整的结构有助于电池在90°C的超高温下仍可以正常工作。因此,该项工作为下一代储能设备的快速充电和宽温度SIFC的设计提供了有价值的基准。
图2. NTP| NFS全电池性能
Fast Charging Sodium‐Ion Full Cell Operated From −50 °C to 90 °C, Advanced Functional Materials 2024 DOI: 10.1002/adfm.202411007