北理吴川/白莹AM: 阐明硬碳负极在醚类电解液中快速储钠动力学的机制

与传统的酯类电解液相比，硬碳 (HC) 负极在醚类电解液中的储钠性能表现出更高的初始库仑效率 (ICE) 和更好的倍率性能。然而，醚类电解液中HC更快的Na存储动力学机制尚不清楚。

在此，北京理工大学吴川教授、白莹教授等人使用设计的单分散HC纳米球（HCNS）报道了醚类电解液中独特的溶剂化Na⁺和普通Na⁺共嵌入机制。

作者通过冷冻电镜 (cryo-TEM) 、飞行时间二次离子质谱 (ToF-SIMS)、原子力显微镜（AFM）、深度剖面XPS等结合电化学动力学研究，发现在醚类电解液中形成的具有高无机比例的薄固体电解质界面膜，这有助于Na⁺传输，并导致高ICE。此外，分子动力学模拟揭示了醚类电解液中的溶剂化Na⁺快速扩散动力学。

图1. HCNS的合成示意图及表征

得益于醚类电解液的贡献，基于HCNS的半电池中表现出优异的倍率性能（10 A g^-1时比容量为214 mAh g^-1，平台充电容量高达120 mAh g^-1）和高ICE（1 A g^-1时为84.93%）；

在全电池中，1 A g^-1循环1000次后仍可获得110.3 mAh g^-1的高比容量。这项工作提供了对钠离子电池醚基电解液增强电化学性能机制的一般理解，并为未来其他电池系统动力学特性的研究提供了指导。

图2. HCNS在不同电解液中的电化学性能

Elucidating the Mechanism of Fast Na Storage Kinetics in Ether Electrolytes for Hard Carbon Anodes, Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202008810

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北理吴川/白莹AM: 阐明硬碳负极在醚类电解液中快速储钠动力学的机制

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