耶鲁/宾大JACS: 钠金属电极不能在常用醚类电解液中快速充放电

作为锂金属负极的低成本替代品，钠金属负极在高能电池中的应用越来越受到关注。尽管为提高钠金属电极的可逆性和循环寿命进行了广泛的研究，但它们的倍率性能，即在高电流下钠金属的电化学沉积和剥离，尚未得到充分的研究。

美国耶鲁大学王海梁、宾夕法尼亚大学Joseph S. Francisco等人报道与更广泛研究的锂金属电极（可以承受高达20 mA/cm²的高电流密度）不同，钠金属电极不能在常用醚类电解液中快速充电或放电。

快速充电，即金属沉积，存在将电解液分解成电化学惰性Na(I)固体物种的严重副反应。快速放电，即金属剥离，会因局部Na去除而失效，这会破坏与集流体的电接触。虽然快速充电失效是永久性的，但快速放电造成的容量损失可以通过在低放电电流下重建电气连接而恢复。

图1 Na金属电极的倍率性能测试

密度泛函理论(DFT)计算表明，与Li相比，Na的不利剥离行为源于其较低的表面能和剥离能。当以高速率充电时，沉积的Na中含有大量电解液分解产生的永久性非活性钠物种，导致电极失效。在此基础上，作者提出可以考虑采用三维电极制备和电解液工程等方法来提高钠金属电极的倍率性能。

图2 Na的沉积/剥离SEM图像

Mechanistic Insights into Fast Charging and Discharging of the Sodium Metal Battery Anode: A Comparison with Lithium. Journal of the American Chemical Society 2021. DOI: 10.1021/jacs.1c06794

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耶鲁/宾大JACS: 钠金属电极不能在常用醚类电解液中快速充放电

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