钠-钾电解质界面相实现室温/0°C固态钠金属电池

【研究背景】

基于无机固态电解质的金属电池因其能量密度和安全性的优势在电化学储能领域具有巨大应用潜力。然而，一般的固态金属电池（SSBs）在实际研究中发现在界面稳定性和低温循环性能等方面仍需要进行改进以满足商业化应用的需求。

【工作介绍】

近日，北京理工大学赵永杰副教授的研究团队通过在金属钠负极和NASICON型Na3Zr2Si2PO12（NZSP）陶瓷电解质界面处原位构建Na-K界面相，有效促进界面载流子的传输动力学，钠金属枝晶的生长受到有效抑制。基于以上，固态钠金属电池在室温和0oC下实现长时间和高效率循环。该文章发表在国际期刊AdvancedEnergyMaterials上。博士研究生倪青为本文第一作者，通讯作者为北京理工大学材料学院赵永杰副教授和金海波教授。

【内容表述】

（1）该研究论文中，首先设计了一种局部靶向锚定策略，通过FESEM和TOF-SIMS等手段证明了NZSP氧化物陶瓷电解质与钠金属负极界面处的Na-K界面相的产生，该策略利用这种原位生成Na-K界面相，显著提升了固态钠金属电池的循环稳定性和低温性能。

（2）通过理论计算和实验实践，创造性地实现在NZSP钠离子陶瓷电解质中K+的痕量传输；K+的存在有利于降低NZSP陶瓷电解质中Na+的协同转移势垒。

（3）对比K2MnFe(CN)6(KMF)匹配NZSP陶瓷电解质的固态电池和Na2MnFe(CN)6(NMF)基固态电池可以发现KMF基固态电池在25°C和0°C下均具有良好的电化学性能，这是由于形成Na-K界面相的原位构筑有效抑制了钠金属枝晶的生长，FESEM和TOF-SIMS也表明KMF基固态电池中的Na沉积行为更稳定。

图1.金属负极/陶瓷电解质界面演化示意图及局部靶向锚定策略。

图2.（a-b）CINEB计算的Na+离子在NZSP电解质中的迁移示意图及能垒；（c-d）CINEB计算的K+离子在NZSP中迁移示意图及能垒。

图3.(a-c)NMF基固态钠金属电池的电化学性能；(d-j)KMF基固态钠金属电池的电化学性能。

QingNi,YongnanXiong,ZhengSun,ChenSun,YangLi,XuanyiYuan,HaiboJin,YongjieZhao,RechargeableSodiumSolid-StateBatteryEnabledbyInSituFormedNa–KInterphase,AdvancedEnergyMaterials,2023.

https://doi.org/10.1002/aenm.202300271

作者简介

第一作者：倪青博士研究生，北京理工大学材料学院

主要从事高比能量钠离子正极材料和固态钠金属电池的研究。在Advanced Energy Materials、Small等期刊上发表论文多篇。

通讯作者：赵永杰副教授，北京理工大学材料学院

主要从事金属氧化物功能材料的设计和性能关联研究。截止目前，以第一作者和通讯作者身份在Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Energy Storage Materials、ACSCatalysis、Nano Letters、Nano Energy等杂志上发表SCI论文80余篇。申请获批中国国家发明专利10余项，主持国家自然科学基金项目、企业委托技术开发等项目。担任清华大学材料学院“先进材料国家级实验教学示范中心”教学指导委员会委员，国产期刊RareMetals青年编委，期刊Batteries、Materials客座编辑。

通讯作者：金海波教授，北京理工大学材料学院

先后主持和完成国家863计划课题、国防863计划课题、国家自然科学基金、教育部科学研究重大项目、国防类项目等各类科研课题多余项作为通讯作者或第一作者在AdvancedMaterials等材料类专业期刊发表SCI论文100余篇，SCI他引一万余次，获授权专利15项，作为主编出版教材2部。先后入选教育部新世纪人才、北京市科技新星、北京市优秀人才等支持计划、国家万人计划。

注：图片非商业用途，存在侵权告知删除！

本文地址：http://libattery.net/news/details1052.html