中科大余彦/广工大芮先宏AM：原位一步制备用于Na/K金属电池的亲离子人造SEI

成果简介

钠（钾）金属具有理论容量高、电极电位低、资源丰富等优点，被认为是一种很有前景的钠（钾）金属电池负极材料。然而，不受控制的Na（K）枝晶生长严重破坏了电极/电解质界面的稳定性，从而容易导致电池失效。中科大余彦教授和广东工业大学芮先宏等人通过硫化钒(V₂S₃)与Na(K)的原位一步反应，在Na(K)金属表面上开发了一种由金属钒和Na₂S(或K₂S)纳米相组成的异质界面层。实验研究和理论计算表明，非均相Na₂S/V(K₂S/V)保护层可以有效改善Na(K)离子的吸附和扩散动力学，抑制Na(K)沉积/剥离过程中Na(K)枝晶的生长。

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中科大余彦/广工大芮先宏AM：原位一步制备用于Na/K金属电池的亲离子人造SEI

图3-1 材料的制备与表征

图3-2 电池性能测试

这项工作展示了一种异质界面层（Na₂S/V或K₂S/V），其具有出色的机械性能、快速的Na⁺（K⁺）传输动力学和优越的亲钠性/亲钾性V(110)表面。得益于上述优势，保护层可以诱导均匀的Na(K)成核并有效抑制Na(K)枝晶的生长，从而延长Na金属对称电池（1.0 mA cm^-2时1000小时）和K金属对称电池（0.5 mA cm^-2和0.5 mAh cm^-2时1290小时）的循环寿命。此外，钠金属全电池Na₃V₂(PO₄)₃||Na₂S/V/Na实现了375 Wh kg^-1的高能量密度和23.5 kW kg^-1的高功率密度。这项工作将激发对其他高能量密度金属电池的人工异质保护层的进一步研究。

Artificial Heterogeneous Interphase Layer with Boosted Ion Affinity and Diffusion for Na/K Metal Batteries. AM 2022 https://doi.org/10.1002/adma.202109439

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