全固態(tài)堿金屬電池被視為“圣杯”高能量密度存儲系統(tǒng)。負極和固態(tài)電解質(zhì)之間牢固的物理接觸對于穩(wěn)定循環(huán)至關(guān)重要。然而,鈉金屬中緩慢的Na+擴散動力學導致脫鈉過程中失去物理接觸,并促進鈉的快速滲透。新加坡國立大學曾開陽、呂力等人報道了一種由Na和Na15Sn4組成的復合負極,作為下一代全固態(tài)鈉金屬電池的潛在高比容量負極,并與鈉超離子導體固態(tài)電解質(zhì)一起使用。在Na基體中添加Na15Sn4增加了負極層中的Na+擴散率,從而降低了在界面處形成孔的趨勢。結(jié)果,對稱復合負極電池顯示出2.5 mA cm-2的高臨界電流密度和穩(wěn)定的恒電流循環(huán),在0.5 mA cm-2下循環(huán)超過 500 次。此外,根據(jù)原位電化學阻抗譜,作者提出了一種解析擴散模型來描述脫鈉過程中負極的擴散機制。這項工作表明,電極需要高Na+擴散動力學才能與固態(tài)電解質(zhì)結(jié)合,以實現(xiàn)穩(wěn)健的物理界面。
圖1. 結(jié)構(gòu)與形貌表征
圖2. Na+擴散的動力學模型研究A Robust Solid–Solid Interface Using Sodium–Tin Alloy Modified Metallic Sodium Anode Paving Way for All-Solid-State Battery. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202101228