余彦/吴飞翔:钠金属全电池,15C循环1000次!

锂电联盟会长 2022-09-21 17:08
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权!
钠金属电池能量密度高、成本低,是大型储能和动力电池领域的新兴明星。钠金属的应用受到活性钠金属负极与电解液的副反应、不稳定的固体电解质界面以及钠离子分布不均引起的枝晶生长等问题的阻碍。
中科大余彦、中南大学吴飞翔等通过原位和自发反应在钠金属负极表面构建了由多相氟化钠和钴(NaF/Co)组成的保护界面层。
图1. 材料制备及表征
具体而言,高度分散的NaF/Co异质界面层是通过在钠和CoF2纳米粒子之间的孤立纳米空间中的转化反应获得的。与商业CoF2前体相比,限制在多孔碳中的纳米级CoF2(≈20 nm)颗粒可以获得更均匀的SEI界面。Co纳米晶区隔离了NaF连续相结构并提高了人工界面层的Na+电导率。
同时,嵌入Co纳米颗粒的缺陷碳更亲钠,有利于降低成核过电位,促进金属钠的均匀沉积。此外,NaF/Co的多相界面层具有化学和电化学稳定性以及较高的杨氏模量(7.1 GPa),可确保长期循环稳定性和安全性。
图2. 半电池性能
由于这些优势,具有NaF/Co界面层的Na||Na对称电池表现出较长的循环寿命(在1.0 mA cm-2、1.0 mAh cm-2下为1000小时)。此外,当NaF/Co/Na负极与Na3V2(PO4)3正极匹配时,所获得的全电池在15 C下具有1000次循环的长寿命和在60 C时具有≈52 mAh g-1的高倍率容量。总之,这项工作为解决钠金属负极的枝晶生长提供了一种新策略。
图3. 全电池性能
Heterogeneous Interfacial Layers Derived from the In Situ Reaction of CoF2 Nanoparticles with Sodium Metal for Dendrite-Free Na Metal Anodes. Advanced Energy Materials 2022. DOI:10.1002/aenm.202202323
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