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?同濟(jì)羅巍Nano Energy：溫度響應(yīng)型SEI，-20至60 ℃寬溫鈉金屬電池！

鈉金屬電池(SMB)作為鋰離子電池的替代技術(shù)目前正在被研究，以用于固定式儲(chǔ)能系統(tǒng)。然而，由于在高溫或零下溫度下性能下降，基于有機(jī)液態(tài)電解液的SMB的運(yùn)行一直受限于室溫。

同濟(jì)大學(xué)羅巍等通過(guò)氟化碳酸酯和氟苯的協(xié)作展示了一種碳酸酯基寬溫（WT）電解液。

圖1. 低溫和高溫下WT電解液中Na生長(zhǎng)行為和溫度響應(yīng)SEI的示意圖

具體而言，在該設(shè)計(jì)中，氟化溶劑用于降低Na⁺離子與溶劑之間的結(jié)合能，從而促進(jìn)低溫下的脫溶劑化過(guò)程。此外，引入了低熔點(diǎn)氟苯(FB)溶劑，以在零下溫度下保持WT電解液的低粘度。同時(shí)，F(xiàn)B由于其非溶劑化特性，可以顯著提高溶劑化溶劑/Na⁺離子的比例，從而減輕鈉金屬表面游離碳酸酯溶劑的分解，這對(duì)于抑制高溫下的劇烈寄生反應(yīng)至關(guān)重要。此外，由WT電解液原位誘導(dǎo)的溫度響應(yīng)性固體電解質(zhì)界面可以保證低溫下足夠的Na⁺離子擴(kuò)散和高溫下對(duì)高活性鈉金屬的有效鈍化。

圖2. 不同溫度下的半電池性能

結(jié)果顯示，這種溫度響應(yīng)型SEI在-20 ℃時(shí)將電池阻抗從31000Ω降低到1830Ω，并且在60 ℃時(shí)促進(jìn)致密且平坦的Na沉積。此外，Na/Na₃V₂(PO₄)₃電池與WT電解液的耦合在–20 °C下可保持72.8%的室溫容量，并在60 ℃下經(jīng)過(guò)500次循環(huán)后的容量保持率為88.5%。因此，這種新開(kāi)發(fā)的電解液和SEI化學(xué)被認(rèn)為為開(kāi)發(fā)全氣候SMB開(kāi)辟了道路。

圖3. 全電池性能

Temperature-responsive solid-electrolyte-interphase enabling stable sodium metal batteries in a wide temperature range. Nano Energy 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107746

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