德國應化:鉀鹽摻進鈉金屬電池電解液,你能想到嗎?

2020-12-06 騰訊網

　　由於金屬鈉易與電解液發生反應及鈉枝晶的存在，限制了鈉金屬電池的發展，目前已經有很多報導來提高鈉金屬電池的穩定性，如引入合適的電解液添加劑、高濃度電解液、3D集流體、固態電解質等，其中電解液添加劑是一種有效解決手段。

　　近日，由耶魯大學王海良教授及東華大學王宏志教授共同帶領的團隊在世界頂級期刊上Angewandte Chemie International Edition發表了題為「High performance sodium metal anodes enabled by a bifunctional potassium salt」的研究性文章。研究人員首次在基於1 M NaOTf +TEGDME的鈉金屬電解液中引入鉀鹽KTFSI，藉助K+和TFSI-的雙重修飾作用，顯著提升了鈉金屬電池的循環穩定性。

　　圖1：含不同電解液添加劑的Na/Cu庫倫效率對比

　　科研人員在研究1 M NaOTf +TEGDME電解液的Na/Cu電池時，發現在電解液中引入NaTFSI或 KOTf均可提升Na/Cu電池的庫倫效率，表明TFSI-和K+均可提高鈉金屬的穩定性，並且發現後者效果更佳，於是科研人員將兩種離子同時引入，即以KTFSI為添加劑，強強聯合，取得了更優的性能表現。同時藉助SEM和mapping分析也對這一結果進行了證實。

　　圖2：40圈循環後含有Na沉積的Cu集流體斷面SEM及mapping分析

　　圖3：添加劑對鈉金屬沉積穩定作用示意圖

　　圖4：含有不同添加劑的Na/Na對稱電池性能對比

　　文章認為，Na金屬電池電化學性能的提高應歸為K+和TFSI-的協同作用，一方面，TFSI-的存在有助於在鈉金屬表面形成一層含N的穩定SEI膜，另一方面由於K/K+的氧化還原電位比Na/Na+低，故K+會以離子形式在鈉金屬表面的突起部分聚集，進而因為靜電斥力的存在促使Na+沉積在低洼區域，可以有效抑制枝晶生成。兩種離子共同作用，保證了良好的鈉金屬電池穩定性的實現。

　　參考文獻：High performance sodium metal anodes enabled by a bifunctional potassium salt，Angewandte Chemie International Edition，2018.

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