AFM：钠离子导电合金型人工SEI助力无枝晶长寿命钠金属负极

钠金属（Na）负极因其高容量和低电化学电位而被认为是高能量密度钠电池最有希望的负极。然而，钠金属负极在循环过程中会发生不受控制的钠枝晶生长和不稳定的固体电解质界面层（SEI）形成，这导致库仑效率低下，寿命缩短。

图1 材料表征

全南大学Yun-Sung Lee、印度理工学院Ranjith Thangavel等通过简易的原位溶剂策略，开发了一系列钠离子导电合金型（Na-In、Na-Bi、Na-Zn、Na-Sn）混合人工SEI层，以解决钠金属负极中的问题。钠金属和合金成分之间的可控自合金反应，在靠近钠金属负极的地方产生了钠金属合金界面相（Na-M），这可以减少钠金属和电解液之间的电阻。

带有合金层和混合钠离子导电有机无机SEI成分的钠金属负极可以通过调节钠离子通量，以低过电位促进Na在金属负极的均匀沉积。研究还表明，相对于原始的Na金属，Na合金较低的表面能是促进钠离子在界面上方便扩散的关键因素。此外，在具有混合SEI成分的合金层中，钠的沉积倾向于合金表面的特定平面。

图2 半电池性能

因此，具有保护界面的钠金属负极可以在对称电池中循环790小时，过电位较低（11 mV），由于原始的钠金属（100小时后73 mV）。此外，合金界面的机械强度也影响着钠金属负极的循环寿命，钠金属的稳定性按以下顺序增加（Na<NaBi<NaZn<NaSn<NaIn）。混合自调节合金-无机NaCl SEI-有机SEI保护层的高机械弹性还促进了无枝晶行为，即使在高电流密度（5 mA cm^-2）和高容量（5 mAh cm^-2）下也是如此。

另外，通过与Na₃V₂(PO₄)₃正极耦合，在全电池条件下测试了受保护的金属负极的可行性，与原始Na负极相比，受保护的负极具有明显的低极化、高库仑效率和长循环寿命的表现，表明其具有商业可行性的潜力。

图3 全电池性能

A Series of Hybrid Multifunctional Interfaces as Artificial SEI layer for Realizing Dendrite Free, and Long-life Sodium Metal Anodes. Advanced Functional Materials 2023. DOI: 10.1002/adfm.202300135

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