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彭秋明/鄒國棟AM:親鈉淀粉樣纖維改性隔膜,實現(xiàn)無枝晶鈉金屬電池!

彭秋明/鄒國棟AM:親鈉淀粉樣纖維改性隔膜,實現(xiàn)無枝晶鈉金屬電池!
與鋰基電池相比,鈉電池因其原料豐富、成本低和可持續(xù)性而被認(rèn)為是下一代二次電池的潛在候選者。然而,鈉金屬枝晶的不利生長和嚴(yán)重的界面反應(yīng)阻礙了它們的大規(guī)模應(yīng)用。
彭秋明/鄒國棟AM:親鈉淀粉樣纖維改性隔膜,實現(xiàn)無枝晶鈉金屬電池!
圖1 AF層的作用示意
燕山大學(xué)彭秋明、鄒國棟等提出在隔膜上過濾一層均勻的淀粉樣纖維(AF)可物理誘導(dǎo)出均勻的電場和Na+濃度,從根本上抑制枝晶的形成,此外還可生成穩(wěn)定的SEI膜,進一步穩(wěn)定Na金屬負(fù)極。具體而言,作者發(fā)現(xiàn)AF的加入使得Na沉積過程中Na致密結(jié)晶表面的比例增加,從而提高了Na金屬電池的可逆性。
此外還發(fā)現(xiàn),淀粉樣纖維中的谷氨酰胺氨基酸與Na的結(jié)合能最高,這會導(dǎo)致循環(huán)過程中出現(xiàn)富含Na3N和NaNxOy的SEI膜,進而改善酯基電解液在負(fù)極表面產(chǎn)生的界面。
彭秋明/鄒國棟AM:親鈉淀粉樣纖維改性隔膜,實現(xiàn)無枝晶鈉金屬電池!
圖2 半電池性能
因此,在淀粉樣纖維的物理纖維結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分調(diào)制方面實現(xiàn)了獨特的無枝晶金屬沉積。在這種情況下,對稱Na金屬電池可保持1800小時以上的穩(wěn)定循環(huán),是未改性電池的近6倍。此外,淀粉樣纖維修飾的Na金屬全電池配合高負(fù)載正極(Na3V2(PO4)3),在1000次循環(huán)后仍可提供87.13%的高容量保持率,遠(yuǎn)高于未修飾的同類電池(200次循環(huán)后為69.46%)。
彭秋明/鄒國棟AM:親鈉淀粉樣纖維改性隔膜,實現(xiàn)無枝晶鈉金屬電池!
圖3 全電池性能
Sodiophilic Amyloid Fibril Modified Separator for Dendrite-Free Sodium Metal Batteries. Advanced Materials 2023. DOI: 10.1002/adma.202304942

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