汪国秀/王天奕AEM：表面和界面工程协同助力1万次循环钠电！

由于合金型负极具有较高的理论容量、合适的工作电位和丰富的地球储量，因此在钠离子电池（SIB）中显示出巨大的应用潜力。然而，它们的实际应用由于体积膨胀大、固体-电解质界面（SEI）不稳定以及循环过程中反应动力学迟缓而受到严重阻碍。

图1 材料制备及表征

悉尼科技大学汪国秀、Xin Guo、扬州大学王天奕等合理地设计并合成了一个由氮掺杂碳包覆的锡纳米棒（Sn@NC）组成的三维花状结构作为SIB的负极。密度函数理论（DFT）计算显示，通过掺氮碳对锡纳米棒的表面工程，大大改善了钠亲和力和钠离子扩散动力学。

更重要的是，研究发现基于二甘醇二甲醚（DEGDME）的电解质具有显著的化学稳定性和优化的溶剂化结构，可以与N掺杂的碳层协同合作，从而产生稳定的有机-无机混合SEI，其外层是离子导电的聚醚，内层是坚固的富氟无机化合物。

SEI的构成和复合结构的稳定性通过一系列的原位表征技术得到了全面的证明，包括深层X射线光电子能谱（XPS）分析、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）。

图2 Sn@NC电极的电化学性能

此外，理论模拟和电化学分析显示，与传统的碳酸酯电解液相比，Sn@NC负极在基于DEGDME的电解液中的反应动力学更快。因此，通过N掺杂碳层的表面工程和电解液调控的界面工程的协同作用，Sn@NC电极在5 A g^-1下经过10000次循环后仍能表现出347 mAh g^-1的高容量。

此外，Na₃V₂(PO₄)₃║Sn@NC的全电池表现出高能量密度（215 Wh kg^-1）、卓越的高倍率能力（2分钟内达到80%的容量），以及在-20至50℃的宽温度范围内的长循环寿命。

图3 SEI分析

A High-Performance Alloy-Based Anode Enabled by Surface and Interface Engineering for Wide-Temperature Sodium-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202300351

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