同济罗巍AFM: 通过功能分子在钠金属电池电解液中植入灭火烷基

由于钠的成本效益和广泛的地理可用性，室温钠金属电池（SMB）引起了极大的兴趣，而严重的安全问题长期以来阻碍了其实际应用。

在此，同济大学罗巍教授等人提出了一种灭火烷基，即1,1,1,2,2,3,4,5,5,5-十氟-3-甲氧基-4-(三氟甲基)-戊烷（DMTP），对金属钠极端稳定且与传统的碳酸盐基电解液不混溶。作者将其注入电解液（FEIE）中使 DMTP与电解液兼容，在保持固有不易燃性的同时显示出进一步提高的稳定性。

在此设计中，非极性1,1,2,2-四氟-2,2,3,3-四氟丙基醚（TTE）被用作共溶剂通过其两亲性使DMTP和氟化碳酸酯电解液（NaPF₆/FEC-DMC）具有混溶性。DFT和分子动力学（MD）模拟证实，TTE对DMTP和氟化碳酸盐电解液都有很强的亲和力。

图1. TTE分子实现碳酸电解液与DMTP之间的混溶

添加高度氟化的TTE进一步导致游离碳酸酯溶剂减少，这有效地减轻了钠金属负极上碳酸酯的连续分解。此外，由氟化溶剂和阴离子的预还原原位诱导的富含无机物的SEI促进了钠负极的均匀沉积形态和高电镀/剥离可逆性。

因此，基于这种电解液的Na/Cu电池获得了高的库伦效率（96.6%），并在Na/Na对称电池中稳定运行超过1000小时。此外，Na/NVP全电池在1000次循环中具有高的平均库伦效率（99.8%）和容量保持率（89.6%）。该策略为实现高度安全稳定的SMB提供了一种很有前途的策略，拓宽了利用不相溶溶剂的范围和开辟了新途径。

图2. 基于该电解液Na/NVP全电池的电化学性能

Implanting a Fire-Extinguishing Alkyl in Sodium Metal Battery Electrolytes via a Functional Molecule, Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202109378

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同济罗巍AFM: 通过功能分子在钠金属电池电解液中植入灭火烷基

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