二元合金Na-K在室溫下處于液態,成分范圍很廣,這使得它本身不存在固體枝晶生長。但是,Na-K合金的應用卻因缺乏可潤濕的基體來固定液體金屬而受到困擾。?
在此,澳大利亞伍倫貢大學王云曉研究員、武漢大學曹余良教授、溫州大學侴術雷教授等團隊基于焓驅動實現了液態Na–K合金的室溫超潤濕,并用于柔性和無枝晶負極。該工作提出了在空氣中對碳纖維布(CFC)基體進行簡單的熱處理,這可以使CFC在室溫下從液態Na-K的疏水性變為超濕性。
結果表明,經過處理的CFC表現出豐富的含氧官能團(O-CFC),這可能是導致對液體Na-K金屬的潤濕性大幅提高的原因。超潤濕的O-CFC可以有效地固定液態Na-K,也可以作為導電基質。由于Na-K合金的液體性質,實現了穩定循環的無枝晶Na金屬負極。
圖1. 液態Na–K合金
總之,該工作實現了在CFC基體中產生富含缺陷的O型官能團的簡便方法。通過焓驅動的潤濕過程,O-CFC對Na-K液態金屬表現出了超潤濕特性。焓驅動的濕潤機制對堿金屬的普遍性也通過O-CFC基體對熔化的Na和K金屬的濕潤性的增強得到了驗證。
Na-K@O-CFC在Na金屬負極、K金屬負極、Na金屬扣式全電池中提供了卓越的循環穩定性,這是因為液態金屬的自適應性抑制了枝晶的生長。Na-K@O-CFC復合負極表現出良好的靈活性,可以實現靈活的軟包電池操作。合理設計Na-K液態金屬的焓驅動超濕性宿主以實現其實際應用,以及為其他堿金屬負極建立理想的宿主材料的缺陷工程概念,對未來的研究應具有啟發性。
圖2. Na-K@O-CFC復合電極靈活性
Enthalpy-Driven Room-Temperature Superwetting of Liquid Na–K Alloy as Flexible and Dendrite-Free Anodes, Advanced Functional Materials? 2023 ?DOI:?10.1002/adfm.202302026
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