基于鈉金屬負極(SMAs)的可充電池具有比傳統(tǒng)鈉離子電池高得多的能量密度。然而，SMA的使用帶來了枝晶生長和不穩(wěn)定的固體/電解質界面(SEI)形成的內在挑戰(zhàn)。這種情況在高溫(>55 °C, HT)時會進一步惡化。

華中科技大學黃云輝、同濟大學羅巍等報道了一種1 m NaTFSI-環(huán)丁砜(SL)/FEC/1,3,6-己烷三甲腈(HTCN)（體積比為 7:2:1 )電解液（表示為NaTFSI-SFH），以解決上述“HT挑戰(zhàn)”。

圖1 Na/NVPOF電池與設計的NaTFSI-SFH電解液在高溫下工作的示意圖

在該設計中，熱穩(wěn)定的NaTFSI鹽被用于具有高閃點和高氧化穩(wěn)定性且具有強吸電子磺酰基的SL溶劑中，而FEC和HTCN分子的共溶劑化對于建立穩(wěn)定的電極界面是必要的，它們分別優(yōu)先吸附在Na負極和Na₃V₂(PO₄)₂O₂F(NVPOF)正極上。FEC分子可實現(xiàn)快速鈉負極鈍化，同時HTCN的三個富電子-C≡ N基團與NVPOF的電正性金屬離子相互作用，屏蔽了正極界面發(fā)生的溶劑侵蝕。

圖2 全電池的電化學性能

得益于全方位的保護，該電解液實現(xiàn)了Na/NVPOF電池在60 °C下的高容量保持率（1 C下經(jīng)過500次循環(huán)后容量保持率為91.7%），平均庫倫效率（CE）高達99.6%。即使在80 °C下，電池在100次循環(huán)后仍能提供89.1%的初始容量，而對照樣品在30次循環(huán)內迅速失效。這項研究的結果為開發(fā)能夠在高溫下工作的金屬可充電池提供了重要的指導。

圖3 鈉負極上的SEI分析

Toward High Temperature Sodium Metal Batteries via Regulating the Electrolyte/Electrode Interfacial Chemistries. ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.2c01100