超过1000次!郑州大学陈卫华,AM!无负极钠电!

华算科技 2025-01-03 15:56:48

无负极钠金属电池作为高能量密度和资源丰富的电化学储能系统具有广阔的应用前景。然而,钠金属不可控的钠枝晶增长和持续消耗阻碍了其稳定的产能输出。

在此,郑州大学陈卫华团队利用锌在 Al 基底上的有序花边可诱导高熵固体电解质界面 (SEI) 以调节钠均匀沉积并极度减少电解质消耗进而实现超高的初始库仑效率 (97.05%)。

研究表明,锌的电子供体特性和锌(100)、(101)之间的暴露位点增强了阴离子对内亥姆霍兹平面的吸附,加速了其界面分解。有序的锌边缘可用作均相成核模板,进而实现高熵且富含无机物的 SEI 层。基于此,组装的无负极钠电池在超高正极负载下表现出高稳定性。同时,无负极单层软包电池在 600 次循环后仍能保持 99% 的高容量。

图1. 高熵SEI钠沉积形态演化及机理研究

总之,该工作成功开发了具有多组分无机物(ZnF2, NaZn13, NaF和Na2CO3)的高熵SEI。研究显示,该SEI可提供高通量Na离子传输,从而降低临界成核势垒,促进高密度的钠成核提高AFSMBs的循环寿命。此外,作者利用经典成核理论和Butler-Volmer方程验证了所提出的Na生长模型,阐明了Na离子转移动力学与成核半径之间的正相关关系。

基于此,非对称电池具有高可逆性,CE为99.95%,在3mAh cm -2下循环寿命超过1000次。即使正极负载为32 mg cm−2,组装的无负极电池也具有超高的初始库仑效率(97.05%)和优化的循环稳定性。因此,该工作提出的高熵界面策略为改善无负极电池的界面离子传输和金属离子沉积提供了一条新途径。

图2. 全电池电化学性能

Edge Electron Effect Induced High‐Entropy SEI for Durable Anode‐Free Sodium Batteries, Advanced Materials 2024 DOI: 10.1002/adma.202413253

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