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山大AEM：液態(tài)MOFs原位衍生夾層實(shí)現(xiàn)高性能固態(tài)鈉金屬電池

盡管最近在基于無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)(SSEs)的固態(tài)鈉金屬電池(SSNBs)方面取得了一些進(jìn)展，但由于界面Na⁺傳輸不均勻性和異質(zhì)Na剝離/沉積過(guò)程導(dǎo)致的Na枝晶傳播極大地阻礙了SSNBs循環(huán)穩(wěn)定性的提高。

山東大學(xué)尹龍衛(wèi)、Zhaoqiang Li、王儒濤等綜合分析了SSNBs中鈉枝晶生長(zhǎng)的特征和傳播機(jī)制，并開(kāi)發(fā)了一種新的策略，采用液態(tài)金屬有機(jī)骨架(MOFs)前體對(duì)SSEs表面進(jìn)行原位改性，以抑制Na枝晶。

圖1 SSE中Na枝晶的特征

作者在無(wú)機(jī)SSEs中檢測(cè)到明顯的剝落型、直型、分支型和聚集型Na枝晶，其分布區(qū)域非常大。為避免垂直的Na枝晶生長(zhǎng)，在NASICON SSE的表面開(kāi)發(fā)了一種可擴(kuò)展的方法來(lái)構(gòu)建液態(tài)MOFs原位衍生的緊密夾層。

夾層直接由高溫單相液態(tài)MOFs獲得，不干擾中間重結(jié)晶，因此具有優(yōu)異的均勻性。它可以改善與Na負(fù)極的界面相容性并均勻化e^–/Na⁺傳輸動(dòng)力學(xué)，導(dǎo)致空間上均勻的Na成核，從而使Na沉積行為從枝晶轉(zhuǎn)變?yōu)闄M向扁平狀生長(zhǎng)趨勢(shì)。

圖2 Na對(duì)稱(chēng)電池的性能

此外，所獲得的親鈉性?shī)A層顯示出各向同性和穩(wěn)定的特性，以減輕應(yīng)力/應(yīng)變，并在循環(huán)過(guò)程中保持優(yōu)異的界面穩(wěn)定性。

因此，組裝的Na對(duì)稱(chēng)電池表現(xiàn)出1.0 mA cm^-2 的頂級(jí)時(shí)間終止臨界電流密度，并且與Na₃V₂(PO₄)₃集成的全電池在1 C下表現(xiàn)出500次循環(huán)的穩(wěn)定循環(huán)性能。Na枝晶傳播機(jī)制的揭示和構(gòu)建液態(tài)MOFs原位衍生涂層的策略可能為SSNBs的工業(yè)應(yīng)用提供新的途徑。

圖3 鈉成核和生長(zhǎng)行為的示意圖

Liquid Metal-Organic Frameworks In-Situ Derived Interlayer for High-Performance Solid-State Na-Metal Batteries. Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102396

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