宁波大学EnSM: 混合离子对称电池的离子竞争和限制枝晶生长模型

由于固体碱金属成核和生长特性的固有限制，很难完全实现无枝晶生长。液态电极提供了一种消除枝晶的新方法，钠钾合金（NaK，室温下为液态）电极是下一代碱金属电极的有希望的选择。NaK对称电池测试是NaK电极的重要检测方法。确认其合适的应用条件至关重要，包括活性离子（Na⁺或K⁺）的识别和无枝晶特性的限制。

在此，宁波大学章理远副教授、舒杰教授等人通过电子分布、电子引力和吉布斯自由能分析离子优先级，得出理论结论：K⁺倾向于溶解在负极上，而Na⁺倾向于沉积在正极上，表明NaK对称电池的活性离子是K⁺。此外，作者模拟了活性离子，并得到了大部分 K⁺在正极和负极之间穿梭的概念。

图1. K//K、Na//Na和NaK//NaK对称电池的充放电曲线

作者还检测到NaK电极无枝晶特性的上限：不同的电解质环境也会影响混合离子电池中离子的动态行为，因为钠电解质会与含钾电极反应并在电极表面形成枝晶；如果合金化速度慢于电镀，则可形成枝晶。

换句话说，NaK对称电池仅适用于基于K⁺的储能系统，NaK电极的无枝晶特性在某些极端条件下会失效。总体而言，该发现为NaK电极的应用提供了实验依据和理论指导。

图2. 合金化反应示意图与电镀速度的比较

Ion Competition and Limiting Dendrite Growth Models of Hybrid-ion Symmetric Cell, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.07.035

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宁波大学EnSM: 混合离子对称电池的离子竞争和限制枝晶生长模型

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